深基坑工程换撑梁技术研究

彭治凯

（中建四局第六建设有限公司 合肥 230011）

0 引言

近年来，随着房屋建筑技术的成熟，房屋建筑中的基坑深度越来越深，基坑支护形式也越来越复杂，基坑支护结构拆除对主体结构工期的影响也变得不可忽视，应对不同施工环境下的基坑支护拆换撑方案及施工工艺进行针对性分析。

1 工程概况

1.1 整体概况

某超高层深基坑项目位于广州市琶洲互联网创新集聚区，用地面积9 380 m2，建筑面积115 337 m2，地下4 层，地上34 层，建筑高度172 m，采用框架-核心筒结构，塔楼为人工挖孔桩基础，裙楼采用筏板基础。

1.2 周边环境

项目场地狭小，施工平面布置困难。场地地理位置如图1所示。周边环境具体如下：

图1 场地地理位置Fig.1 Site Location

基坑东侧的施工围挡到基坑边距离为1.1～4.0 m。基坑南侧为场外道路，路宽7 m，因道路标高较低且无有效排水措施，因此基坑南侧道路长期积水，基坑南侧的施工围挡到基坑边距离约为4.7 m。

基坑北侧为某地下空间项目的施工区域，施工围挡到基坑边距离为1.0 m。

基坑西侧施工围挡到基坑边距离为12.0～15.5 m，办公区、材料主要布置在基坑西侧。

根据已有资料显示基坑周边无管线分布。

1.3 深基坑设计概况

本项目采用地下连续墙+3 道内支撑的基坑支护形式。基坑深度20.5～24.2 m，周长约为370 m，基坑安全等级为一级。第一道内撑梁梁面标高为-1.8 m，第二道内撑梁梁面标高为-6.6 m，第三道内撑梁梁面标高为-14.6 m。内撑梁混凝土强度等级为C30。内撑梁布置情况如图2、图3所示。

图2 内撑梁布置Fig.2 Support-beam Arrangement

图3 基坑剖面Fig.3 Foundation Pit Profile （mm）

2 优化换撑方案的理论分析

2.1 原设计换撑方案

根据设计图纸，该项目采用连续的C30 换撑板作为基坑拆撑的换撑体系，第二道、第三道内撑梁明拆、第一道内撑梁闷拆。拆撑要求在每层地下室结构施工完成后先进行基坑肥槽回填，再进行换撑板带施工，当换撑板带达到设计龄期后方可拆除上部内撑梁，该拆撑流程会造成工期增加，施工困难等问题，对总工期影响较大。

2.2 换撑优化理论分析［1］

目前基坑换撑的主要结构形式有连续换撑板、间断式换撑板及换撑梁。本项目设计方案为连续换撑板，该方案对现场施工条件及施工组织要求高，而项目东侧、西侧及北侧均无法形成施工便道，回填难度大，回填工期长，容易造成施工现场的工期延误；间断式换撑板对施工条件及施工组织要求较低，但其土方回填质量难以把控；换撑梁对施工条件及施工组织要求低，土方回填质量也便于控制。因此项目初步拟定将换撑结构优化为换撑梁，对优化可行性进行初步分析：

本工程基坑受力最大的换撑结构位于-3 层（-16.3 m）标高位置，基坑顶至-16.3 m 标高的地下连续墙长约16 m，估算地下连续墙在该标高承受的土压力为88 kN/m，水压力为160 kN/m，基坑周边活载传下来的压力为5 kN/m。活载考虑分项系数取1.4，则估算-16.3 m标高连续墙推力设计值为：

式中：q为均布侧压力（kN/m）。

假定间隔3 m 设1 道梁撑500 mm（宽）×400 mm（高），梁撑水平长5 m，则每3 m 地下连续墙在-16.3 m标高的推力为：

式中：F为集中荷载（kN）。

查《混凝土结构设计规范（2015年版）：GB 50010—2010》第6.2.15 条，梁撑受压承载力为：［F］=0.9×0.9×14.3×400×500=2 316 000 N=2 316 kN>F，满足要求。

式中：［F］为受压承载力（N）。

-3层（-16.3 m）标高楼板厚120 mm，考虑600 mm厚地下室外墙的扩散作用，估算取板带120 mm×1 500 mm，则楼板板带范围受压承载力：［F］=0.9×14.3×120×1 500=2 316 000 N=2 316 kN>F，满足要求。

由初步分析可知，换撑体系优化为换撑梁具备一定可行性，经过具体建模计算，本项目采用500 mm×400 mm换撑梁＠2.5 m可以满足基坑施工期间的安全要求，换撑梁分别设置在-4 层、-3 层、-2 层顶板标高处，采用换撑梁作为换撑体系将极大地优化施工流程，减少总工期。换撑梁布置如图4所示。

图4 换撑梁布置Fig.4 Changeover Beam Arrangement

3 拆撑方案选择

混凝土内撑拆除技术方法主要有机械拆除、静力切割、静爆拆除及爆破拆除［2-3］，其中静力切割有工期快，安全性高的优点，本工程周边环境复杂，当地政府不允许进行爆破作业。经过综合比较，采用静力切割的方式进行内撑拆除，同时也便于周边环境保护。

4 内撑拆除的施工部署

4.1 水平施工部署［4-5］

根据主体结构的施工工区，将内撑梁划分为A区、B 区、C 区3 个区段，根据结构的施工安排确定内撑拆除的总体施工顺序为A 区➝B 区➝C 区，内撑拆除流程如图5所示。

图5 内撑拆除水平流程Fig.5 Horizontal Process of Internal Bracing Beam Removal

平面上先拆外侧的主次梁，由外向内逐步拆除，主次梁之间，先拆次梁，然后拆主梁；整体拆除顺序为先拆东南、西南角撑，再拆中间水平对撑，最后拆东北、西北角撑。本工程共有90 条支撑，其中A 区共包含29 条支撑，拆除顺序为角撑连梁、角撑、对撑连梁、对撑，拆除具体顺序为1➝29；B 区共包含25 条支撑，拆除顺序为角撑连梁、角撑、对撑连梁、对撑，拆除具体顺序为30➝54；C 区共包含36 条支撑，拆除顺序为角撑连梁、角撑、对撑连梁、对撑，拆除具体顺序为55➝90；（在保证拆撑原则的条件下，现场拆撑顺序可进行调整）内撑梁水平拆除顺序如图6所示。

图6 内撑拆除顺序Fig.6 Support Beams Dismantling Sequence Diagram

4.2 竖向施工部署［6］

本工程有3道内撑梁每道内撑梁拆除时要求其下部换撑梁强度达到75%，整体拆撑流程如下：［步骤1］底板结构施工完成，如图7⒜所示。［步骤2］在地下室底板外侧防水完成后，施工400 mm 厚C25 素混凝土换撑板，换撑板顶标高同底板顶标高，如图7⒜所示。［步骤3］-4 层结构施工，在结构施工同时施工-3 层板位置换撑，换撑采用500 mm×400 mm 换撑梁，每2.5 m设置1 道，如图7⒝所示。［步骤4］换撑梁强度达到75%时，拆除第三道内撑梁，如图7⒝所示。［步骤5］-3 层及-2 层结构和换撑梁施工，如图7⒞所示。［步骤6］待-2 层顶板位置换撑梁强度到达设计强度的75%时，拆除第二道内撑及第一道内撑，如图7⒞所示。［步骤7］-1 层及夹层结构施工完成后，侧墙开始防水施工，防水施工完成后进行基坑肥槽回填，如图7⒟所示。

图7 内撑拆除流程Fig.7 Demolition Process Flow Chart of Inner Support Beam

5 内撑梁拆除的切割及吊运

5.1 支撑架搭设

内支撑梁拆除前，根据切割块大小及重量在内撑梁下部搭设支撑架体［7］。本工程架体如图8所示。

图8 内撑梁支撑架体Fig.8 Drawing of Support Frame （mm）

5.2 确定切割大小及吊运方式［8］

本工程安装有1 台TC6513 塔吊及1 台TC6517 塔吊，考虑拆撑成本，切割块主要采用塔吊吊运，局部采用80 t 汽车吊配合吊运，根据设备吊重性能分析确定切割块大小并在内撑梁上弹出切割线，内撑梁切割示意图如图9所示。

图9 内撑梁切割Fig.9 Cutting Block for Inner Bracing Beam

5.3 基坑监测［9-10］

本工程自2019 年7 月末开始进行内撑拆除，截止2019 年10 月底拆除全部内撑梁，现场施工情况如图10所示。

图10 换撑梁施工及内撑梁拆除Fig.10 Construction of Changeover Beam and Removal of Inner Support Beam

换撑和拆撑过程中，基坑变形较稳定，基坑变形监测数据满足相关要求。拆撑期间基坑冠梁顶部沉降观察点累计变化量如图11、图12所示。

图11 冠梁顶部沉降观测点Fig.11 Settlement Observation Point Layout

图12 基坑冠梁顶部沉降观察点累计变化量Fig.12 Cumulative Change of Settlement Observation Points

6 结语

本次优化遵循了“先撑后拆”的原则，将支撑应力传递到换撑梁上，保证了基坑安全，在施工过程中未出现监测数据报警的情况。与原设计方案的施工计划作对比，现场采用换撑梁作为换撑体系为项目节约了46 d工期，解决了项目工期压力大的问题。本工程的基坑拆换撑优化可以为今后类似工程提供设计和施工经验。