狭小空间深基坑混凝土支撑拆除施工技术

姜跃晟

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250000)

1 工程概况

济南黄河隧道(济南市济泺路穿黄隧道)位于济南城市中部，北接鹊山片区(功能定位为国家级旅游休闲度假区)、济北次中心。南岸工作井基坑长30.2 m，宽27.8 m，基坑开挖深度为35.4 m。围护结构形式为地下连续墙+内支撑，地下连续墙厚度1.2 m，深度58.4 m，基坑施工采用顺作法施工，基坑深度范围内设8层支撑(4层混凝土支撑+4层钢支撑)进行支护(见图1)。其中钢支撑为φ800，t=20 mm钢管支撑(见图2)，混凝土支撑截面尺寸分别为1.2 m×1.2 m,1.2 m×1.5 m,1.5 m×1.5 m，混凝土围檩2 m×1.2 m,2.7 m×1.5 m,1.2 m×1.5 m,1.2 m×1.8 m(见图3)。

2 施工重难点

2.1 狭小空间

本工程接收井混凝土支撑及腰梁架设深度大，钢支撑与混凝土支撑上下投影面积最小距离仅为1.1 m，钢支撑下方混凝土支撑吊装空间狭小，且角部斜撑上方存在盖板，混凝土支撑相距间隙小，吊车司机视野范围有限，吊装过程中存在安全隐患。在支撑拆除期间，基坑周边堆载产生过大静载和较大冲击荷载的作用影响基坑的稳定，因此支撑拆除必须采用静力切割[1-3]。

2.2 大体积混凝土支撑

本工程部分混凝土支撑截面尺寸分别为1.2 m×1.2 m,1.2 m×1.5 m,1.5 m×1.5 m等。腰梁截面尺寸分别为2 m×1.2 m,2.7 m×1.5 m,1.2 m×1.5 m,1.2 m×1.8 m等。混凝土支撑每米最大重量为5.6 t，腰梁每米最大重量为10.125 t，腰梁支撑混凝土重量大，拆除困难。采用绳锯切割可实现高效率切割。

2.3 噪声影响

工程场地位于二环北路南侧，济泺路上，距离黄河南岸大堤约449 m，现状为城市道路。主体基坑沿济泺路方向南北布置，道路两侧分布许多低矮建筑。建筑工程施工中露天作业以及噪声的突发性、不连续性等因素极易引发周围居民的反感。因绳锯切割方式无扬尘、噪声小、破除工效高，故为首选方案。

2.4 安全要求高

建筑工程是事故风险较高的行业，政府对建筑安全问题极为重视，并制定了“安全第一、预防为主”的安全工作方针。支撑拆除时，切割下的支撑体积大重量重，为了避免安全事故的发生，临时支撑架采用φ48×3.2的盘扣架搭设。

3 主要施工方法

根据本工程特点、现场环境条件及相关各方对工期的要求，并结合施工现场的实际情况，本工程施工采取绳锯切割进行混凝土支撑及围檩切除。混凝土支撑和围檩分段切割后，采用两根钢丝绳将分段支撑对称捆扎，用吊车吊出基坑，盖板下支撑用叉车在坑内倒运至盖板外吊出，采用平板车进行装运[4]。

4 施工前准备

组织施工队伍进场，对机械设备、车辆等进行准入检查，并做好进场报验工作。组织有关职能部门及主要施工技术人员参加图纸会审与施工组织设计交底会。施工前还需准备主体结构强度及质量报告、基坑监测报告、已审批的支撑拆除专项施工方案、支撑拆除技术交底、风险源应对措施、应急预案及工前节点验收等资料[5]。

5 施工工艺

支撑及围檩切割采用金刚石绳锯分块的方式进行。切割混凝土块的体积依据所需吊车作业能力及现场施工环境而定。经现场实际查看和现场操作条件，将最不利混凝土支撑作为验算依据，混凝土支撑、围檩切割吊装时，根据起吊位置吊车作业幅度和混凝土支撑的重量，确定吊车为80 t汽车吊，根据吊车现场作业条件，确定吊车吊重及混凝土最大分块重量。吊装时从基坑四边分别吊装。混凝土支撑吊装时，合力作用点位于每段支撑的中心处。

5.1 参数控制

选用80 t汽车吊，吊车作业时站位区长为14.77 m，支腿宽度为7.9 m，距离基坑边0.5 m。基坑内采用叉车将切割后的混凝土块运至基坑边吊车吊点处吊装。该吊车吊臂全长47.5 m，额定最大吊重80 t。根据工作内容及作业环境设定吊车出臂长度、作业幅度和起重臂水平夹角角度。

1)机具参数。80 t汽车吊施工现场机具参数表见表1。

表1 80 t汽车吊施工现场机具参数表

其余附加重量参数表见表2。

表2 其余附加重量参数表 kg

运输叉车：基坑内运输叉车选用16 t叉车，起升高度3 m，最大起重量为16 t。

2)切割混凝土单块长度。

根据吊车吊重及运输叉车起重量，确定混凝土支撑切割单块重量均控制在不大于16 t范围内，混凝土容重按2.5 t/m3核算。混凝土直支撑和斜支撑实际控制最大长度不大于3.5 m；围檩实际控制最大长度不大于2 m；跨中系梁实际控制最大长度不大于4.8 m(见表3)。

表3 混凝土支撑切割长度控制表

5.2 临时支架

临时支撑架体采用φ48×3.2的盘扣架搭设，竖向斜杆满设，沿梁底方向搭设，搭设范围每边伸出梁底300 mm，且要保证梁底范围横向立杆根数为2根对称布置，杜绝梁底仅1根立杆或立杆均处在梁底范围以外的情况。立杆间距为600 mm或900 mm，步距为1 000 mm，根据实际情况减小间距搭设。盘扣架顶部梁底面搭设横杆，横杆长度伸出梁侧面100 mm，横杆间距300 mm，并在横杆上平整铺设木方或双钢管，脚手架底部坐落于混凝土底板上、中板或顶板上[6]。盘扣支架延伸至混凝土支撑底部，并使用顶托撑紧，支撑切口下部设置2排900 mm×900 mm盘扣支架临时支撑，防止钢筋割断后应力突变造成安全隐患(支架搭设图见图4)。

支架承重复核：按照最高1.5 m高混凝土结构物计算，每根立杆最大承受900 mm×900 mm平面面积荷载，每根立杆承受的最大混凝土结构物自重1.5×0.9×0.9×25=30.375 kN，施工荷载自重(3 kN/m2)3×0.9×0.9=2.43 kN。考虑永久荷载分项系数1.2，可变荷载分项系数1.4，则每根立杆承重共计1.2×30.375+1.4×2.43=39.852 kN。根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》，步距1 000 mm时计算长度l0=ηh=1.6×1.0=1.6 m，长细比λ=l0/i=1 600/15.9=100.63，稳定系数φ取0.467，立杆稳定性计算N/φA=39.852/(0.467×450)=189.6 MPa≤f=300 MPa，立杆承载力稳定性满足要求。

5.3 绳锯切割

根据切割路线，混凝土支撑切割时绳锯直接套在支撑外表面切割，围檩切割时将绳锯穿过预埋孔切割。在适当位置安装膨胀螺丝，用来固定切割机与导轮后再进行切割。

混凝土支撑上表面两角预先采用风镐凿出4根主筋并在吊装前保证主筋不被切断，绳锯穿过这预留4根主筋进行混凝土支撑切割。切割混凝土支撑时，支撑中间段两端头切割成倒八口形式，防止支撑下落。吊装混凝土支撑时，再用氧气乙炔割断预留4根主筋，将分段混凝土支撑吊出基坑(混凝土支撑切割面见图5)。

混凝土块切割步骤原则。竖向顺序：混凝土支撑切割时应结合主体结构的施工进度和结构的强度增长。纵向顺序：相应的结构段施工顺序。横向顺序：先中间后两边，先支撑后系梁，最后围檩；先直撑后斜撑，斜撑从外向内拆。

5.4 混凝土块吊装

混凝土支撑分段切割后进行起重吊运，设置两道吊点，采用钢丝绳将混凝土块整体兜住，在支撑的四个角部必须采用柔性材料(旧橡胶轮胎等)对钢丝绳进行保护，防止剪切破坏。钢丝绳水平夹角控制不小于45°。

以3.5 m长度为例，现场支撑长度切割最长不超过3.5 m，其吊点分布为L1=1 m，L2=2 m。

预留钢筋安全验算：混凝土支撑切割后上层钢筋受力最大为Fmax=12.6×10=126 kN，按HRB400 φ25钢筋验算，屈服强度fq=400 MPa，抗拉强度设计值fy=360 MPa，剪切强度设计值fv取0.6倍抗拉强度设计值，所以单根钢筋抗剪力为Fq=105.98 kN，预留4根φ25钢筋抗剪总屈服力4×Fq=423.9 kN>Fmax=126 kN，因此上排钢筋抗剪验算安全，支撑切断后可以承受支撑重量，能够保证支撑不坠落[8]。

5.5 混凝土块外运

混凝土块吊装出基坑后，直接装上平板车外运至指定地点，严禁放置于基坑边缘，减少基坑周边荷载。基坑内部残余的混凝土块，配合足够劳动力、风镐，随破碎随将渣土运至地面指定地点堆放。坑内渣土的清理按所划分施工区域，集中力量清理干净，为下一步工序尽快投入施工创造条件。

6 结语

通过济南黄河隧道工程南岸工作井狭小空间下混凝土支撑施工，有效避免了高地下水位复杂地质条件下地连墙槽壁坍塌风险，保证了地下主体结构侧墙防水和侧墙施工工序的有效进行，达到协同施工的目的。为盾构顺利穿越黄河创造了条件。