超深基坑内支撑拆换撑过程中水平荷载在沉降后浇带中传递的研究与应用

张相平，乔会丹，邢琦，曹江，代世杰，王云鑫

（1.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东深圳 518048；2.艾奕康设计与咨询（深圳）有限公司，广东 深圳 518052；3.深圳市创美景达房地产开发有限公司，广东 深圳 518000）

1 引言

随着我国经济的飞速发展，各地城市建设规模不断扩大。由于城市土地紧缺，地下空间综合利用问题越发重要，成为制约城市建设快速发展的关键问题之一。地下空间的开发既要面对建设要求的技术挑战，又要面对土地制约的需求压力，向地下要空间已然成为城市化建设破解发展空间瓶颈难题的重要手段。其中，超高层建筑不但高度高，而且其地下室深度也较深，往往设计为5~7层地下室，由于土地空间的限制，大量的内支撑结构也广泛应用在基坑中，其内支撑结构在拆除过程中需将支护荷载传递至主体结构，而主体结构周围一圈沉降后浇带阻断了水平力的传递，故不能及时拆除，进而影响施工工期。本文基于星河雅宝项目，创新使用了一种内支撑拆换撑过程中水平荷载在沉降后浇带中的传力方法，提前插入了内支撑的拆除，实践效果良好且内支撑已拆除完成，结构安全可靠。

2 工程概况

星河雅宝高科创新园四A地块位于深圳市龙岗区坂田街道，占地面积3.88万m2，总建筑面积35.44万m2，项目由5层地下室及4栋建筑组成，其地块北侧4-1栋塔楼为74层超高层塔楼，结构高度为338.1 m，结构形式为带加强层的框架-核心筒结构。

基坑支护采用支护桩+放坡+内支撑，开挖深度为26.6~33.8 m，东北角设置5道钢筋混凝土内支撑，该内支撑梁轴力最大为23 905 kN，北侧支护为直径1.4 m的咬合三排桩+预应力锚索支护体系[1]，其三排桩内侧两排桩均需逆做拆换撑[2]，实现三排桩拆除与结构逆作施工内力转换的协同工作。三排桩拆除传递至结构楼板的水平轴力从1F到B4层依次为：395 kN/m，1 161 kN/m，919 kN/m，896 kN/m和1 452 kN/m。三排桩南侧为4-1栋塔楼，塔楼周边设置有一圈宽度为1 m的沉降后浇带，沉降后浇带总长度为232.845 m（见图1）。因其支护荷载过大，三排桩拆换撑过程中需地下室结构板全部封闭，4-1栋塔楼周边沉降后浇带封闭，水平荷载可水平传递。因此，对如何确保三排桩支护及时拆除成为本工程的一个难点。

图1 基坑支护及沉降后浇带平面示意图

3 施工难点分析

根据GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》第5.2.4条规定：后浇带应在其两侧混凝土龄期达到42 d后进行施工，但高层建筑的后浇带应在主体结构顶板封顶浇筑混凝土14 d后进行施工。本项目设计蓝图中注明的沉降后浇带除另有说明外，需待主体结构封顶后浇筑混凝土，进而限制三排桩拆除水平荷载的传递，影响三排桩覆盖范围地下室结构开始施工时间。

根据工期及施工部署要求，地下室结构需进行封闭，作为塔楼结构施工的材料堆场使用，因北侧三排桩支护最大水平传递轴力为1 452 kN/m，根据支护及三排桩拆除水平荷载传递需求，三排桩拆除的前提条件为地下室结构全封闭及4-1栋塔楼结构施工完成，故其三排桩拆除及相应范围地下室结构施工是整个工程建设的关键线路。

4 型钢传力带方案介绍

逆作法施工区域划分可分为土体支护结构、逆作区、顺作背顶区。逆作施工前，基坑支护方式为基坑内预留土坡+多排桩支护，最终完成的地下室，需要挖除此部分土坡及支护桩。逆作施工时，其水平力传力路径为：土体→支护桩→桩与墙连板→逆作区结构楼板→背顶区（塔楼结构），因逆作法施工时，4-1栋塔楼（74层）仅施工到约第10层，地下室塔楼周边沉降后浇带未封闭，水平力无法传递到背顶区结构，本项目在沉降后浇带中采用型钢梁传递水平力（见图2），使三排桩拆除后支护荷载在沉降后浇带中能够有效水平传递。为确保型钢传力的有效截面，需将后浇带两侧的楼板采用增加边梁或结构板加厚，以满足传力装置埋件预埋，施工时先施工一侧结构，其传力带的埋件及传力杆同步进行施工，另一侧需待相邻结构施工时进行埋件预埋及与混凝土结构同步浇筑。

图2 型钢传力带三维模型

5 型钢传力带设计及加工制作

型钢传力带包括预埋在后浇带两侧楼板或边梁上的锚板和传力用的工字钢梁，具体做法如下：

1）B1~B4层型钢采用H200 mm×200 mm×16 mm×16 mm，材质Q345B，长1 000 mm，间距1 500~2 000 mm；

2）1层型钢采用H200 mm×200 mm×12 mm×12 mm，材质Q345B，长800 mm，间距2 000 mm；

3）型钢两端通过埋件与混凝土板相连，锚筋4D22，埋板280 mm×28 mm×22 mm；

4）后浇带两侧楼板根据型钢梁高度加厚，后浇带封闭时，可直接把型钢整体浇入楼板方便施工。

根据图纸及深化设计，确定传力带的长度和数量，由专业加工厂制作加工，其一端锚板同传力工字钢梁于工厂加工完成，另一端锚板于现场预埋完成后进行焊接。

6 型钢传力带支撑荷载验算

根据结构设计及支护拆除后荷载大小，通过MIDAS软件建立三维受力模型，对其受力情况进行缝隙复核，其计算简图如图3所示。

图3 型钢传力带计算模型简图（单位：kN/m）

根据图4可知，其B3层型钢梁应力较大，最大值为290.2 MPa；B2层最大应力为275.6 MPa；B1层最大应力为265.4 MPa；B4层最大应力为192.8 MPa；1层最大应力为130.7 MPa。以上楼层型钢梁应力均小于钢材强度设计值305 MPa，型钢梁强度满足要求。

图4 型钢梁应力图

型钢传力带验算比图如图5所示。B3层型钢梁组合（包括长细比、强轴和弱轴稳定）验算比较大，最大值为0.99；B2层最大验算比为0.95；B1层最大验算比为0.91；B4层最大验算比为0.66；1层最大验算比为0.76。型钢梁稳定性满足要求。

图5 型钢传力带验算比图

综上所述，其沉降后浇带中的型钢梁稳定性及验算比均满足要求。

7 操作要点

1）型钢传力带安装及加工需分两部分，其中一部分为锚筋+锚板+型钢为一体，另一部分为锚筋+锚板为一体，施工过程中两部分分别随两侧结构施工依次进行预埋；

2）对于钢筋与埋板碰撞部位的钢筋采用弯锚焊接形式焊接于埋板上，避免影响混凝土结构钢筋的含钢量。

3）待两侧混凝土强度达到设计要求及拆换撑施工前，将型钢传力带两部分通过角焊缝进行焊接成一个整体；

4）焊接完成后对每个传力带埋件与混凝土接触面进行检查，对于混凝土不密实或有松动石子的需要凿除清理，并用清水冲洗干净后采用C80高强灌浆料进行逐个灌浆密封，现场同步预留试块，待试块强度达到要求后方可进行相应楼层标高三排桩拆除施工，其型钢传力带方能完全受力。

5）待三排桩拆除完成后，在4-1栋结构封顶后42 d和支护结构沉降观测数据趋于稳定后进行沉降后浇带浇筑封闭，后浇带浇筑采用高一标号微膨胀混凝土。

8 结语

本工程中，通过计算分析设计了一种型钢传力带，其在沉降后浇带中的应用，有效解决了因沉降后浇带无法及时进行封闭导致内支撑结构不能及时拆除，从而影响整个施工部署安排。型钢传力带的应用，实现了超大支护荷载在结构中的水平传递，确保内支撑结构拆除过程的支护安全。通过星河雅宝高科创新园四A地块项目实践良好，为今后超深基坑其内支撑拆除因沉降后浇带无法及时封闭不能提前施工提供了有效的经验。