地下结构与内支撑支护体系的换撑及拆除协同施工的研究

鲁爱民

（中铁建设集团有限公司 北京 100040）

1 前言

深基坑内支撑支护体系土方开挖完成后，将要进入地下主体结构施工阶段。对于地下室2层及以上的主体结构，在施工过程中，将会与内支撑支护体系交叉施工，将要伴随着内支撑支护体系的换撑施工及拆除。

如何进行合理的地下主体结构施工部署以及内支撑支护体系拆除前换撑的一系列工作，并且进行将二者有机地结合在一起，进行协同施工，尤为重要。

本文通过工程实例，在施工过程中，针对内支撑支护体系换撑、地下主体结构的施工，总结出一些钢筋混凝土内支撑支护体系与地下主体结构协同施工的一点建议，供大家参考。

2 工程实例

天津某工程为框架核心筒结构。支护体系为一道冠梁、二道水平支撑（环梁、支撑）的灌注桩［1］加格构柱，外侧采用三轴水泥搅拌桩外加止水帷幕的支护形式。冠梁［2］、环撑及支撑采用钢筋混凝土现浇结构。地下室共3层，地下三层层高为3.95 m，地下二层层高为3.9 m，地下一层层高为5.68 m。地下室顶板与水平支撑的位置关系［3］见图1。

图1 基坑支护体系与地下主体结构位置关系剖面图

3 地下主体结构施工部署

3.1 分层分区

在土方开挖至凉槽阶段，即进入地下主体结构的施工，为避免出现窝工以及工期延误情况，此阶段需要进行全面策划。对于有内支撑支护结构的地下结构施工，其工序较多，需要根据工程状况，将水平和竖向施工分区与分段，以便后续施工安排。

根据地下结构与内支撑支护体系的位置关系（见图1），我们可以得出，基础底板和地下三层结构的施工不受内支撑支护结构的影响，其分区可仅按照后浇带进行划分，如图2所示。地下二层和地下一层的施工受内支撑支护体系的影响，在拆除内支撑过程中，内支撑支护体系所覆盖及施工影响范围内的区域无法进行主体结构的施工，此时需根据主体结构形式、后浇带以及拆除过程中作业面进行分区，如图3所示。

图2 宝能现代科技广场项目地下三层分区图

图3 宝能现代科技广场地下二层、地下一层分区图

3.2 施工流程

在地下结构施工到一定阶段（视内支撑支护结构道数及位置确定）需要将内支撑进行拆除［4］，第二道环撑拆除时地下三层主体结构全部施工完成，且已经达到设计要求强度，后浇带已经有支顶连接，主体结构薄弱部位加固措施已完成，换撑全部施工完成；第一道环撑拆除时地下二层主体结构全部施工完成，且已经达到设计要求强度，后浇带已经有支顶连接，换撑全部施工完成。

根据图4所示地下主体结构施工流程，地下主体结构施工阶段的关键工序主要有外墙施工、外墙防水及肥槽回填、回填养护、环撑机械拆除等。因而在施工部署中，要将其作为地下结构施工的重中之重进行部署。

图4 宝能现代科技广场项目地下主体结构施工工序

4 地下主体结构与内支撑支护体系拆除的协同施工

4.1 肥槽回填及换撑施工方案选择

在拆除内支撑前，需进行肥槽部位的换撑，使外墙与围护结构（支护桩）之间构成整体，使得在内支撑拆除时，将土压力有效地传递给主体结构。肥槽回填以及换撑工作是制约工程进度的一个非常关键的因素。一般主要有3种方法：（1）回填灰土，然后在地下室楼板标高处做一定厚度的素混凝土板带（换撑板带）；（2）浇筑素混凝土［5］；（3）采用主体地下室主体结构的主次梁外伸围护结构的方法。

（1）回填灰土加素混凝土板带

内支撑拆除前，一般采用人工回填灰土对肥槽部位加以换撑（肥槽内分层填土夯实并加设一层300 mm厚C25素混凝土板带至地下结构顶板处）。由于围护结构与地下室外墙间距过小（一般为900 mm，由于围护结构施工质量控制偏差，局部都有可能出现围护结构进到外墙的情况），且与内支撑水平支撑的净距过小（一般在1.5 m左右），造成回填难度非常大。同时，施工回填土时需人工将土先运至顶板，再由人工从顶板运至肥槽内，效率较低。在土方回填时极易造成地下室外墙防水卷材保护层滑落，从而影响外墙防水质量，而且人工回填质量控制难度大，无法保证土方回填效果。

（2）回填素混凝土（见图1）

采用回填素混凝土，将外墙与支护桩连成一个整体，起到换撑的作用。此种做法将会使工期变短，外墙防水质量较好、土方回填质量较好。

施工工艺流程：

准备工作→肥槽外墙防水卷材及保护层施工完毕→地下三、二层顶板部位防水保护层保护→素混凝土浇筑→检查验收［6］。

为加强防水导墙位置防水的保护，避免混凝土浇筑过程中防护层脱落，以及后期内支撑拆除期间对防水保护层的破坏，将导墙以下25 cm露出防水位置用现场木胶合板钉成L型，短边搭在外墙导墙横切面上，短边木胶合板提前做出穿丝孔，用铅丝将木胶合板与墙体钢筋绑扎固定。

（3）主次梁外伸支顶支护桩的方法

采取主次梁外伸支顶支护桩来替代300 mm厚C25换撑板带。主次梁与支护桩间采用植筋或者吊筋进行连接。或者在支护桩与外墙间设置钢筋混凝土板带，板带厚度及间距具体见设计要求，具体示意如图5、图6所示。

当底板与支护桩间超过一定的距离后，需采取一定的连接做法，将其连接起来，使力能够有效地进行释放。可采用钢筋混凝土水平支撑进行连接［7］。如图7所示。

图5 混凝土板带换撑做法平面示意

图6 混凝土板带换撑做法立面示意

图7 基础底板与支护桩间换撑做法

针对以上三种肥槽施工方法，以该工程为例，分析如下：

（1）成本方面

采用传统的人工回填，工程量为4 400 m3，在天津地区，1m3的定额为160元左右，需花费704 000元左右。

采用回填素混凝土，1 m3的价格为400元，共需花费1 760 000元，费用较高。

采用主次梁外伸至支护桩的做法，大概需混凝土290m3，钢筋60 t，滚轧直螺纹钢筋套筒2 000个，植筋380m，后期还需进行人工回填，需花费1 200 000元。

（2）工期方面

人工回填，严重耽误施工进度，使施工进度较慢，受天气及环境条件制约，延误钢筋混凝土水平支撑的拆除开始时间。

肥槽回填素混凝土操作简便，外墙防水施工完毕后，即可进行素混凝土的施工。

主次梁外伸支顶支护桩的方法，可将外墙防水及土方回填施工全部顺延至第一道环撑拆除后进行，使防水及土方回填工程不在关键路线时间，能够加快施工进度［8］。

综上所述，在考虑工期、质量、成本和施工难度的条件下，采用素混凝土回填，相比传统的人工回填，可加快施工进度约20 d，但是相对费用增加800 000元左右。若采用主次梁外伸支顶支护桩，后期人工回填，难度加大，防水比较难闭合。鉴于此，素混凝土回填是该工程肥槽回填［9］较好的选择。

4.2 主体结构薄弱部位的换撑加固

内支撑支护体系拆除前，需要对基础底板、地下室楼板和汽车坡道处薄弱部位进行加固。

（1）基础底板的加固

基础底板后浇带内采用型钢进行连接，同时型钢两端与封头板进行焊接。工字钢及封头板的尺寸需由设计单位根据工程具体情况来进行确定。具体示意如图8所示。基础底板与支护桩间换撑做法如图9所示。

图8 底板后浇带换撑剖面示意

图9 基础底板与支护桩换撑做法（一）剖面图

（2）地下室楼板的换撑

在楼板后浇带处，框架主梁内可采用预埋 36a工字钢，并且通过封头板与楼板连接（工字钢及封头板材质、工字钢两端深入楼板的长度具体由设计单位进行确定）。在后浇带范围内框架次梁处混凝土由梁底浇筑至板底。在某些工程中其也与框架主梁做法相同。框架次梁处两者做法相比较而言，浇筑混凝土易于操作，成本较低，但是不利于释放后浇带两侧结构沉降及收缩应力的转变。建议框架次梁处采用预留工字钢进行换撑［10］。

（3）汽车坡道处的加固措施

对于深基坑临时支护结构内支撑，机械拆除前，因汽车坡道处没有顶部结构体，而汽车坡道一般位于外墙与主体结构之间，外墙部位受力比较薄弱，需进行换撑，将力进行卸荷［11］。汽车坡道处可采取临时混凝土梁、板结构等进行加固，一般说来，这种做法费用较高。还可以采用钢管临时回顶措施，将外墙与汽车坡道内墙连成一个整体，起到临时加固与换撑的作用。此种做法起到了提高施工效率，降低工程成本的良好效果。如果同时遇到外墙有转折情况，可用工字钢将钢支撑连成一个整体，使受力更加均匀。

4.3 爆破拆除与机械拆除

对爆破拆除与机械拆除，在使用限制条件等方面进行对比分析后，建议采用机械拆除进行水平支撑的拆除工作，以缩短工期［12］。具体对比分析如表1所示。

表1 内支撑支护体系爆破拆除与机械拆除对比分析

5 结束语

综上所述，地下主体结构施工阶段的关键工序主要有外墙施工、外墙防水及肥槽回填、回填养护、环撑机械拆除等。应针对以上关键工序，采取优化措施，使得内支撑体系换撑等一系列的施工能够满足地下主体结构的施工需求，达到协同施工的目的。