浅谈分段拆除深基坑组合钢支撑的施工技术

文／庄银良 浙江能工建设有限公司 浙江嘉兴 314000

1、工程实例概况

该工程实例地下建筑面积约24167平方米，为二层整体地下室（围护周长为492m），基坑普遍区开挖深度为10.70m，安全等级为一级。本工程基坑围护结构形式：主要采用SMW工法型钢+二道装配式预应力组合钢支撑。基坑东侧为新高路，道路边线距离地下室边线约7.1米；基坑西侧为已建多层医院建筑，其外墙距围护结构边最近处为1.6米，该多层建筑无地下室；基坑北侧6米外为钢筋加工制作及周转材料堆放场地；基坑南侧围护结构外5米处为已建多层建筑围墙。

从以上描述中可知，该工程周边环境较复杂，特别是道路、材料加工制作场地，经常有大型运输车辆，其产生的动荷载对基坑会产生一定的影响，为尽量降低附近环境对深基坑围护、支撑体系稳定性的作用，缩短地下结构施工周期，项目部经讨论研究决定采用分段、分层拆除预应力型钢支撑梁并流水施工的方式进行施工。

2、地下结构施工、支撑梁拆除区块划分原则

（1）按支撑体系内力较小位置，结合支撑梁布置点分区域，在确保基坑受力平衡、变形可控、安全及稳定的前提下加快施工进度；

（2）有利于型钢支撑梁连续拆除及其后道工序可流水施工，不窝工，提高经济效益；

（3）必要时可灵活基础底板或楼板内设置施工缝以确保支撑梁在基坑安全的前提下提前拆除；

（4）按照以上原则，结合后浇带及施工缝的位置可将地下结构施工段划分为7区块（含3-1、3-2区）；依据预应力组合钢支撑受力体系情况及其布置位置可将拆撑区域在水平段上划分为五区。具体划分位置详见以下附图1:

图1

3、支撑梁拆除前必须具备的条件

（1）基础底板或中楼板砼传力带即换撑的砼强度必须达到设计值的80%以上，以同条件试块砼强度报告为判断依据。

（2）拆撑前公司技术部会同监测单位及项目参与各方对基坑监测报告进行数据分析，确保监测数据均无报警情形。

（3）拆除支撑所需要的人员、机械设备等需准备好，且检查其安全状况为良好。

（4）拆除期间应急预案所涉及到的各项物资要提前备好。

（5）项目参与各方审查拆除支撑前的各项工作已好且在正式下发拆除令后方可拆除。

4、施工工艺流程

4.1 第二道（相对标高：-6米）预应力组合钢支撑拆除工艺流程

1区块基础底板及其传力带砼浇筑后强度达到80%以上---->一区第二道角支撑型钢梁拆除---->2、3-1区块基础底板及其传力带砼浇筑后强度达到80%以上---->二区第二道对撑型钢梁拆除---->3-2、6及7区块基础底板及其传力带砼浇筑后强度达到80%以上---->三区、四区第二道对撑型钢梁拆除---->6、4区块基础底板及其传力带砼浇筑后强度达到80%以上---->五区西侧第二道角支撑型钢梁拆除---->5区块基础底板及其传力带砼浇筑后强度达到80%以上---->五区东侧第二道角支撑型钢梁及此处砼支撑梁拆除。

4.2 第一道（相对标高：-1.5米）预应力组合钢支撑拆除工艺流程

考虑到地下室负二层结构各个区块的施工复杂程度及其施工流水、拆除支撑梁班组施工的连续性，提高施工工效，在保证基坑稳定安全的前提下，结合第二道支撑梁拆除过程中所积累的经验教训，调整第一道支撑梁拆除时间、工艺流程如下：

1区块负二层结构及其周边中楼板换撑砼浇筑完成---->该区域砼强度达到80%以上---->一区第一道角支撑型钢梁拆除---->2、3-1区块负二层结构及其周边中楼板换撑砼浇筑完成---->该区域砼强度达到80%以上---->二区第一道对撑型钢梁拆除---->4、6区块负二层结构及其周边中楼板换撑砼浇筑完成---->该区域砼强度达到80%以上---->五区西侧第一道角支撑型钢梁拆除---->3-2、7区块负二层结构及其周边中楼板换撑砼浇筑完成---->该区域砼强度达到80%以上---->三区、四区第一道对撑型钢梁拆除---->5区块负二层结构及其周边中楼板换撑砼浇筑完成---->该区域砼强度达到80%以上---->五区东侧第一道角支撑型钢梁及此处砼支撑梁拆除。

5、拆除期间应注意事项

（1）支撑梁拆除过程必须分级、缓慢释放应力，完成卸载后，需继续耐心观察四至五个小时基坑围护稳定情况并指派专人观察型钢支撑结构表面的细微变化，出现异常情况应立即停止并分析原因、提出解决方案。

（2）拆撑过程中基坑周边三米范围内严禁堆载，三米范围外堆载必须小于设计要求。

（3）支撑梁拆除期间，项目部安排专职安全人员，会同监测单位共同对基坑周边进行不间断观测，必要时增加监测频次。如有异常，须启动相应的应急预案。

（4）每个拆除区域在拆除期间均需要设置警戒区，全程指派专职安全人员实施监控。

（5）拆撑班组与土建施工各个施工班组需密切配合，相互提供工作面，做到互不影响，协调高效的进行作业。

（6）每个拆除区域在拆除期间均需要设置警戒区，全程指派专职安全人员实施监控。

6、应急预案

6.1 支撑向基坑方向水平位移大于或等于报警值

在支撑梁拆除期间因周边环境发生变化如基坑周边堆载超过设计值、基坑周边裂缝未及时修补又突遇下大雨，造成围护结构外水土压力升高从而引起支撑向基坑方向的水平位移大于报警值，可触发以下应急预案：

在支撑梁复加预应力装置处，即支撑连接件处设置专用千斤顶，逐级缓慢施加预应力，同时支承轴力监测单位配合全程监测，共同确认安全后停止。

6.2 支撑向基坑方向水平位移大于或等于报警值

在支撑梁拆除期间由于周边环境变化如基坑外开槽挖沟且深度较深引起支撑向基坑外的水平位移大于报警值，可触发以下应急预案：

在相应的支撑预应力施加端安装千斤顶顶起加压端，调压预应力的量，抽取加载时增设的钢垫板，其厚度由监测变形稳定后的值确定，控制向外变形。

6.3 支撑轴力大于或等于报警值

支撑轴应力达到或超过报警值，应触发以下应急预案：

（1）当监测值显示应力过大时，应在支撑两端位置的围护墙上堆土反压，以减少围护墙体传递的压力，以降低支撑应力。

（2）在支撑梁增加一根以上型钢，用于分摊受力，降低支撑应力。

（3）如基坑周边堆载过大或超过设计荷载，需重新调整堆载材料的重量，使之符合或小于设计要求。

6.4 组合钢支撑连接螺栓被剪断

钢支撑连接螺栓被剪断，应启动以下应急预案：

（1）依据支撑轴力并结合螺栓所能承受的应力，通过计算后决定在剪断处适当增加连接螺栓数量；

（2）在剪断处将连接杆件直接焊接，增加剪切受力面积（依据6.4.1方法通过计算获得）。

6.5 构件连接处局部屈曲

在支撑应力较大或应力集中处，出现构件连接部位的局部屈曲，应启动以下应急预案：

（1）全面检查并确认局部变形的位置，在此处适当增加构件的加劲板，加大构件刚度；

（2）加劲板与构件点焊连接或分段施焊，焊接质量须检测合格。

7、预应力组合钢支撑拆除前后数据分析

本基坑工程属危险性较大工程，依据设计要求，业主聘请了具有相应勘察资质的单位编制了专项监测方案并实施该工程的深基坑监测，进行信息化施工；监测内容包括基坑顶部位移、冠梁水平位移、周边地面沉降、深层土体水平位移（测斜）、坑外地下水位变化、支承轴力、立柱沉降监测、周边建筑物变形及周边地下综合管线等。依据施工现场平面布置图，加之其他监测项目变化值均较小且远低于报警值，所以本文选择一区、二区拆除区域中的深层土体水平位移、支承轴力（具体布置点位详见附图：施工段及拆除区域划分图）在支撑体系拆除前后的实测数据，说明以上施工工艺流程对深基坑安全、稳定及变形的影响程度。

表1是一区第一道型钢角撑拆除前、中、后其周边4个测斜点的实测数据，从表中数值可知，西北角第一道角撑北面二个测斜点，即CX1累计位移值每天的变化速率在-0.69mm～0.46mm之间，CX2累计位移值每天的变化速率在-0.47mm～0.96mm之间，其值均小于1mm；东北角第一道角撑北面、东面二个测斜点，即CX3累计位移值每天的变化速率在-0.3mm～1.91mm之间，CX4累计位移值每天的变化速率在-1.88mm～1.19mm之间，其值虽然较前值大，但变化速率可控，其值均小于连续三天变化速率大于等于5mm的报警值；从表中数据可知，测斜点最大累计位移值每天均在左右波动，但其每天的变化速率及累计量最大值33.71mm均低于报警值。

表1 一区角撑周边测斜点最大累计位移值（MM）

表2是一区第一道型钢角撑拆除前后二区第一道对撑2个支承轴力每天的实测数据，从表中实测数据可知：该对撑上所设置的两个支承轴力观测点每天的数据变化均较小，基本上在1KN左右区间内波动，说明临近区域，即一区一道角撑拆除前后对其影响很小，基本上可以忽略不计；观察表中所有实测数据可知，该两个观测点最大的支承轴力值751.9KN只有报警值的75%，该区域内独立的支撑体系安全、稳定。

表2 二区第一道对撑支承轴力（KN）

表3 是一区第一道型钢角撑拆除前后二区第一道对撑两端2个测斜点每天的观测数据，从表中数值可知：即CX5累计位移值每天的变化速率在-1.56mm～1.18mm之 间，CX2累 计 位移值每天的变化速率在-1.18mm～0.74mm之间，其值稍大，但变化速率可控，低于设计报警值；综合表3实测可知，测斜点最大累计位移值每天均在波动，但其每天的变化速率及累计量最大值31.19mm均低于报警值。

表3 二区第一道对撑两端测斜点最大累计位移值（MM）

综上表1、表2及表3中每天变化的实测数据，证明预应力组合钢支撑在同一水平面内分段拆除在措施到位、拆除各种所需条件均具备的前提下对临近区域支撑梁的支承轴力及其两端的深层土体水平位移影响不大，这进一步说明分段拆除对整个深基坑的安全、稳定性影响小，该工艺流程、施工技术可行。

结语：

依据施工现场实际情况，在确保深基坑稳定、安全及对周边环境影响尽可能小的前提下，提前做好可能会出现的各种风险情形下的应急预案并备好所需的应急物资，科学合理的划分施工段，灵活安排、组织结构施工，严格执行型钢支撑梁的拆除施工工艺流程，使各工种作业人员尽量做到流水施工，从而加快施工进度（整个二层地下室结构比原定计划提前28天），提高经济效益，降低施工风险。