深基坑拆换撑施工方案优化及施工技术研究

邓俊华

（中国电建集团江西省水电工程局有限公司，南昌 330000）

在软土地基深基坑设计施工过程中，常因施工场地狭小、基坑深度大，地质情况复杂和周边环境等影响，采取灌注支护桩+混凝土内支撑的基坑支护形式。该支护方式刚度大、安全性高。但在地下结构施工阶段，须结合工程实际进行钢筋混凝土内支撑的拆换撑工作。拆换撑时应综合考虑安全环保、施工进度、经济效益等因素，确保拆换撑方案安全高效，经济合理。本项目深基坑位于城市市区，采用爆破、人工风镐拆除方式因噪声、扬尘及安全管控等方面原因受到各方管制，引进静力绳锯切割技术进行支撑拆除。采用该技术进行无损切割，提高施工效率，确保施工安全，有效缩短施工工期。现结合该技术在集中供冷站中的实际应用进行分析和探讨。

1 工程概况

某集中供冷站项目位于广东省珠海市横琴新区，该建筑物主楼地上3层，地下2层。地下室层高12 m，底板底标高为-12.05 m，地下一层标高-6.3 m，基坑底绝对标高为-13.05 m，场地内整平标高按-1.0 m考虑，基坑的开挖深度约为12 m。场地内地层相变复杂，场地内自上而下分布有第四系全新统人工填土、第四系全新统海陆交互相沉积层及中生代燕山期风化花岗岩。本基坑主要采用放坡+支护桩+内支撑的支护型式，止水采用大直径搅拌桩，并在桩间设置双管旋喷桩与支护桩形成整体止水帷幕方案。内支撑共设置2道，第一、二道支撑均由4个角撑、一对撑及联系梁组成。第一道支撑梁顶面标高为-2.40 m，第二道支撑梁顶面标高为-7.40 m。内支撑梁共有4种不同的梁截面，分别为1000mm×1000mm、1200mm×1000mm、800 mm×800 mm、1 400 mm×1 000 mm，混凝土总量约1 020 m3。支撑立柱采用700 mm×700 mm钢格构立柱。

在地下室结构施工过程中，应结合本工程特点，科学组织混凝土内支撑的拆换撑工作。本工程内支撑拆除包括角撑、连系梁、支撑板、对撑及钢格构立柱等，支护桩顶部混凝土冠梁因在地下室结构外侧不考虑拆除。各层内支撑拆除前应做好各层对应的换撑施工，确保基坑稳定，变形符合国家相关规范要求。基坑支护平面及剖面图如图1、图2 所示。

图1 基坑支护平面图

图2 基坑支护剖面图

本工程深基坑支撑拆除工作量大，地处交通繁忙敏感路段，施工工艺和工序多，施工工期较短；内支撑拆除施工与地下室结构施工交叉进行；支撑梁截面大配筋率高，混凝土强度高，混凝土支撑拆除难度大；基坑跨度大，混凝土支撑拆除后在水平与垂直运输过程中的问题也比较突出，同时拆撑过程持续时间较长，安全管控难度大。如何合理选择支撑拆换撑方案和施工顺序，直接决定了基坑安全及后期工程的施工进度。

2 深基坑拆换撑方案优化

原深基坑支护拆换撑方案中，第一层支撑梁拆除待地下室顶板施工完成后进行拆除（图3），该方案拆撑时地下室结构已施工完成，利用地下室顶板结构进行换撑转换工作，受力整体性能好，基坑安全性较高，但地下室顶板封闭后混凝土内拆撑难度大，难以使用叉车、吊车等起重设备，需将支撑梁全部人工破碎后倒运，拆运工作量大，拆除时间长；作业环境差，受限空间难以通风，如遇紧急事件，应急处置困难，安全风险高；为方便出渣，预留孔洞较多，后期孔洞封堵成本高，渗水风险大，同时预留孔洞封堵、土方回填等对后期施工进度存在较大的制约。

图3 原基坑支护拆换撑方案图

经过优化的拆换撑方案中，第一层支撑梁待主体结构混凝土施工至负一层楼板上0.5 m，混凝土强度达到设计强度的90%进行拆除（图4），利用地下室负一层框架主体结构进行内支撑换撑工作。该工况施工时负一层楼板处所受土压力约320 kN/延米，主体设计院考虑换撑工况受力要求，针对负一层中间局部无梁板部位增设梁柱以及局部楼板钢筋加大配筋予以加强（设计已出具变更加强并换撑受力验算）。

图4 优化后基坑支护拆换撑方案图

同时考虑基坑稳定性、工期要求及作业空间不足等因素，负一层支护桩与外侧壁间采用C15砼换填，以便于土压力传递及加快回填施工进度。该方案地下室顶板结构施工与拆换撑工作可同步进行，拆撑时利用叉车、吊车等机械设备进行转运吊装，施工效率高，作业条件好，安全风险低，综合成本低，施工进度较原方案提前约2个月。

第二层支撑梁拆除前换撑措施采用在地下室底板及支护桩间空隙浇筑厚500 mm 的C40 混凝土。混凝土浇筑时留设同条件养护混凝土试块，待混凝土强度达到设计强度的90%时拆除第二层支撑。内支撑自下而上分层拆除，先拆除第二层支撑再拆除第一层支撑，现场均采用静力绳锯切割技术进行拆除。

由于原结构设计图纸设置后浇带导致地下室拆换撑过程中不能形成整体，对基坑支护安全、工程进度都造成较大影响。因该工程地下室采用分段施工，中间预留有砼收缩时间，同时地下室结构长度为56.8 m＜60 m，根据GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》条文说明第5.2.4 条“……采用补偿收缩混凝土时，底板后浇带的最大间距可延长至60 m”规定，采用补偿收缩混凝土施工后取消后浇带，补偿收缩混凝土保湿养护14 d 后限制膨胀率大于0.015%，混凝土配合比、浇筑及养护应满足《补偿性收缩混凝土应用技术规程》相关规定。为避免混凝土出现裂缝，并采取下列措施。采取低水化热水泥，减小混凝土收缩；优化混凝土配合比，合理掺用粉煤灰及各种外加剂，减少水化热峰值，提高混凝土抗裂性；做好混凝土外部保温，减小混凝土内外部温差；现场采用分段浇筑方式，减少混凝土变形值。

取消后浇带后提高换撑时受力整体性，避免后浇带处支撑换撑，有利于侧壁外侧混凝土及时换填，同时对增强侧壁防水性能、提高基坑安全具有积极的作用。

3 支撑拆除方案选择及方法

该项目地处城市交通繁忙敏感路段，周边紧临市政道路，不宜采用控制爆破拆除，人工风镐拆除工期长，噪声大，综合现场实际情况，内支撑拆除采用静力绳锯切割+叉车转运+汽车吊外运方法，该方法安全性高，噪声小，施工效率快。

3.1 支撑拆除顺序

地下室底板施工及换撑工作施工→拆除第二道支撑结构→负一层地下室施工→地下室内顶撑及侧壁外砼换填工作→拆除第一道支撑（含钢立柱）。

第二道支撑梁底采用钢马凳进行回顶，待底板混凝土达到强度后开始拆撑；用10 t 叉车将切割后混凝土块运转指定临时堆放点，用50 t 吊车直接装车运走。

第一道支撑待地下室结构及地下室外墙采用C15混凝土换撑完成后，采用满堂支撑架对支撑梁进行回顶，待下层楼板及换撑砼强度达到设计强度后进行支撑拆除施工，采用200 t 汽车吊直接将切割的混凝土块吊运至平板车运走。

支撑拆除作业必须坚持先换撑后拆撑的原则。换撑砼强度必须满足设计要求。支撑拆除过程中，应考虑两端同步卸荷，避免基坑一侧受力过大而发生过大变形。每道支撑梁的每个区域卸荷时均应分二次同步进行，对于角撑采用间隔式断开端部与腰梁连接处，释放应力后，再跟进顺序切割。拆撑总体顺序跟进结构施工，先分离支撑杆与腰梁连接处，再拆支撑杆，最后拆围檩，本项目腰梁不拆除。

拆撑总体顺序跟进结构施工，拆撑区域分为独立的2 个区域，每个区域换撑达到拆撑要求即可拆除。使用叉车将分段的支撑水平驳运至汽车吊吊装位置，卸料于该位置垫置好的方木上，然后吊装外运处理。

3.2 混凝土支撑拆除方法

本基坑支撑体系混凝土拆除工程量大，采取投入多台静力绳锯切割设备，多个工作面同时施工。各施工面施工程序如下：搭设临时支撑→支撑梁柱放线切割→混凝土块搬移→混凝土块吊运。

3.2.1 搭设临时支撑

本工程内支撑梁采用金刚石链式绳锯进行切割拆除，切割前采用槽钢马镫或钢管支撑架做好临时支撑工作。

本工程第二道支撑梁底面静力切割施工前，全部采用槽钢马镫搭设临时支撑，槽钢马镫采用12#、14#槽钢制作，根据现场情况定制槽钢马镫的尺寸。支撑梁底放置槽钢马镫托架，根据分段切割长度每块支撑梁至少放置2 个马镫，放置距离切割位置边缘约200～300 mm。

第一道支撑梁底采用扣件式钢管架进行支撑，支撑架纵距为1.0 m，横距0.4 m，步距1.5 m（根据实际调整但不超过1.5 m），扫地杆距地0.2 m 高，梁底支撑架与满堂脚手架同步搭设，与满堂脚手架纵横向水平杆连成整体。顶托距离梁底高度不大于0.3 m，采用钢制顶托放置钢管顶至支撑梁底，搭设高度根据实际支撑底距离板面距离确定，扫地杆及最顶水平杆加设水平剪刀撑满剪，架体两边每隔6 m 设置竖向剪刀撑，加强架体整体稳定性。

3.2.2 支撑梁分块切割

在支撑梁切割前标记好切割定位线后进行切割。对于内支撑梁，直接在梁外侧环绕绳锯链条进行切割，切割后的混凝土块重量应结合吊车的起重性能确定，同时不能超过临时支撑允许承载力。

3.2.3 支撑砼块吊装

第二道支撑梁切割后用10 t 叉车倒运至临时堆放点，然后采用一台50 t 吊车吊转运至平板车运走，第一道支撑梁吊装采用一台200 t 汽车吊直接吊运装车。汽车吊站位选择在基坑受力小且安全的位置，确保吊装安全。吊车在基坑边缘进行吊装时，必须经过设计复核不得超过设计限载。在吊装期间，委派第三方对基坑进行监测。汽车吊吊运有效半径内，所有切割块均采用汽车吊直接吊运，有效半径以外采用叉车转运。根据汽车吊起重能力确定切割单元尺寸，结合汽车吊吊装工况，切割单元重量按3.5 t 以内考虑，各截面支撑梁分段切割长度见表1。

表1 各截面支撑梁分段切割长度一览表

切割好的支撑梁混凝土块采用叉车把水平转运到汽车吊吊点位置，再吊运出基坑。叉车行走路线结合楼板承载力进行验算及设计规划，对局部楼板承载力不满足要求的部位采用满堂脚手架回顶加固，并在施工现场对叉车可行走区域和非行走区域之间设置明显标识，确保地下室结构安全。

3.2.4 钢构柱拆除

在所有砼支撑梁拆除完成后方可进行钢立柱拆除施工，钢构柱切割前需采用汽车吊预吊或临时固定措施，避免其倾覆倒塌。拆除第一道支撑后，可同时拆除负一层内的钢构柱及残留的混凝土块，剩余底部钢构柱（即负二层内的），待负二层结构施工完成及车道通车后，采用弧焊切割分段拆除，利用车道外运残留砼渣及分段后的钢构柱。

4 基坑监测

支撑拆除作业必须坚持先换撑后拆撑的原则。在拆撑前，应提前与监测单位沟通，要求监测单位全程配合拆撑。分析前期基坑变形数据及趋势。现场设置内力自动化监测系统、位移沉降自动化监测系统等设备，拆撑过程中应安排专职人员持续监测基坑支护桩和周围土体情况，建立监测台账，及时通报监测数据并做好应急抢险准备。

拆换撑期间，拆撑区域的监测频率为每天2 次。非拆撑区域监测频率按以下执行：底板或楼板浇筑完成7天内，每天2 次；底板或楼板浇筑完成后7～28 天，每天1 次；板底或楼板浇筑完成后超过28 天，3 天1 次。

以基坑影响周边环境的强弱不同，本方案将基坑监控范围划分为4 个区域，各监控区域及警情区域划分见表2。

表2 监控区域及警情区域划分表

若第一监控区域监测数据报警，则加密第一、二监测区域监测频率；当第二监控区域监测数据发生，则一、二、三监控区域监测频率加密，依此类推。根据各监测区域报警情况制定监测频率。若超过预警值，监测频率为正常监测频率的2 倍；超报警值或控制值，监测频率提高到正常监测频率的3 倍；数据连续无法稳定时应连续监测。

当监测项目超过其报警值时，应现场勘察，加密监测频率，关注变形趋势及变形速率，进一步分析变形原因，研究采取应急的处理措施。当险情加剧时，会同设计、监理、业主、施工单位等相关部门制定险情应急处置预案。

5 结束语

通过对10#冷站深基坑拆换撑施工方案优化选择，仅用了20 天完成相应拆换撑工作，较原方案提前约2个月，极大加快了工程总体施工进度。深基坑拆换撑过程中，基坑变形符合国家规范要求，基坑稳定性高，静力绳锯切割拆除噪声小，施工效率高，对类似工程拆换撑施工具有一定的参考价值。