經驗交流：深基坑工程利用現澆板的換撐技術
發布時間：2010-01-14 共1頁
深基坑工程中的換撐，是在特定的條件下采取一定的技術措施來逐步取代發揮臨時支撐作用的內支撐結構體系，從而保證臨時性內支撐拆除后，工程施工能繼續安全順利地進行，其實質是應力的安全有序的調整、轉移和再分配。
中國輕紡城聯合市場位于紹興柯橋原市場東側，是一型商業用房。其總建筑面積161196m2，地下建筑面積為50834 m2。地上4層，為全鋼結構，地下2層，為框剪結構。基坑開挖深度為10.65m，局部11.6m，分兩道鋼筋混凝土內支撐。支撐梁斷面分別為900cm×800cm、800cm×800cm、700cm×800cm，形式為角支撐加對撐。內支撐的拆除采用爆破作業，每道支撐分八次爆破，共十六次，由具有相應資質的專業隊伍實施。
1.基坑圍護概況
擬建工程場地南側約15m為104國道，北側約50m為蕭紹運河，東側隔馬路80m處為虹橋賓館，西側隔70—80m為輕紡市場。場地原為老宅區，現為雜填土，地勢平坦，屬杭州灣南岸蕭(山)—紹(興)平原地貌。據鉆孔取得的資料顯示，本工程開挖深度范圍內土質基本為淤泥質粉質粘土和粘質粉土，故圍護體系方案的選定顯得相當重要，同時土方開挖的施工難度和不確定性將增加。
根據地質條件，并結合本地區的施工經驗及周邊環境，決定采用土釘墻擋土結構和鉆孔灌注樁排樁加水泥土攪拌樁作止水帷幕的復合圍護結構，圍護內設兩道鋼筋混凝土水平支撐。
土釘墻擋土結構做法如下：在±0.000m以下3.65m按1.5：1的坡度放坡，設寬1.8m的平臺，在1.2m、2.2m、3.2m處分別錨入9m、9m、9m的土釘(傾角為10°)，水平間距為1.0m，坡面配6.5@200雙向鋼筋網，噴射100厚C20混凝土護面。
復合圍護做法如下：平臺以下采用一排1000@1300鉆孔灌注樁排樁作支護樁，再加兩道鋼筋混凝土內支撐作整個圍護的受力體系。鉆孔灌注樁嵌固深度10m，樁頂設1100×800壓頂梁。排樁外層采用一排600@400深層水泥攪拌樁，嵌固深度為3.0m，四周設300×200排水溝，每30m設集水井。
2.換撐原理和應用比較
換撐原理就是讓支護樁因內支撐拆除所產生的部分應力通過傳力構件傳遞給具有足夠承載能力的第三者，從而達到新的受力平衡。它除可采用剛性支撐件(斜撐、水平支撐)連接支護樁和地下室結構來控制變形、實現應力傳遞外，也可采用回填方式來實現。在此轉換過程中，圍護體系本身依然承擔相當的支護作用。設置斜撐，工期短、投入少，但支撐點選擇困難，難以布設全面(尤其是建筑物四角部位)，換撐的整體作用效果差，易被破壞，且往往由于支護樁與墻體距離短，斜撐往往需穿過墻體與地下室底板牛腿相連，這樣會增加防水施工難度，拆除斜撐尚會延誤工期。若直接采用水平剛性構件換撐連梁進行換撐，將支護樁的應力通過樓梁板最終實現。其優點是受力效果好、施工簡單又無需進行拆除施工，因此在工期較緊的工程較為合適。由于靠現澆樓梁板來承受基坑內力，對工程本身的結構安全性提出了更高的要求，必須采取必要的技術措施，以確保施工的順利進行。采用在坑內回填碎石料的方法來進行換撐，其特點是傳力帶的受力均勻性好，但實際施工時，往往防水施工介入較晚，且回填料密實度很難控制，對較基坑的內力傳遞無法保證，因此回填料作傳力帶只作輔助之用。特型深基坑或結構受力極其復雜的工程，可采用專門設計的鋼筋砼換撐梁來實現換撐，這種方法施工層次復雜，實際操作性困難，工期較長。為方便施工，經綜合考慮，本工程實際采用現澆樓梁板來實現換撐技術。
3.換撐的技術保證措施
本工程支護樁基本上座落在淤泥質土上，基坑的位移相宜超過設計警戒值。為此在局部地段再增設了一排圍護樁并通過連系梁將原圍護結構相連，同時再在支護樁底部5m范圍進行深層注漿，以提高地基土的物理性能，確保圍護本身的支護效果，減少應力向換撐結構件傳遞。在第二道水平支撐底模支撐拆除前，確保底板混凝土強度達到設計的80%以上，同時在坑壁四周澆筑厚400、強度為C25的素混凝土，其頂標高與底板面層標高相同，以進一步增加土體抗隆起的能力。(見右圖)在爆破拆除內支撐前，先進行內力釋放的施工，即在每隔一根支撐梁斷面，進行混凝土人工鑿除，而梁鋼筋不截斷，由梁鋼筋的變形來實現內力釋放，避免荷載突然增加造成對結構的破壞。根據施工部署，合理安排內支撐拆除順序，先拆下層支撐、再拆上層支撐。根據試爆進一步驗證爆破點間距和裝藥劑量，以達到拆除支撐、減少爆破沖擊力的理想效果。在支撐梁下方鋪墊細砂，降低塌落引起的震動。對樓梯、洞口部位的加固處理。本工程東北、西北角設有二個旋轉樓梯作車道使用，其現澆樓梯是螺旋上升的，故在拆除內支撐時，其應力傳遞是不均勻的。為減少這類不利影響，特在樓梯內外墻體內增設一道水平鋼管支撐(管徑300mm以上)，來改善此部位的受力效果。為使上人樓梯口、電梯井口等部位的應力能夠有效傳遞而不產生應力集中，需在樓梁板同標高位置增設臨時型鋼支撐，以消除對結構的破壞。
4.換撐施工及后澆帶處理。
工程在底板、樓梯處各設有8條后澆帶，21個施工段，為確保在換撐過程中，土體的壓力能通過換撐連梁傳遞至樓梁板處，必須對后澆帶進行澆筑，使其連成局部整體，將后澆帶的鋼筋受壓狀態轉變成混凝土受壓狀態，同時又能保證后澆帶仍起作用，故采取以下施工安排來達到上述目的。
第一.在拆除第二道水平支撐(底部支撐)A、B、C、D段時，底板至少澆筑至第Ⅳ條后澆帶部位；在拆除E、F、G、H段時，底板必須全部澆筑完成，而底板后澆帶部位暫不澆筑連塊。拆除底部支撐的應力靠坑道內混凝土帶，底板和上部水平支撐來共同承擔。若基坑位移出現異常，則可增設臨時鋼管斜撐加固，待位移穩定后再對局部后澆帶進行澆筑。
第二.在拆除第一道水平支撐(上部支撐)A、B、C、D段時，墻體、樓梁板至少澆筑至第Ⅵ條后澆帶部位，換撐連梁已施工完成，且最小砼強度已達到設計強度的80%以上；在拆除E、F、G、H段時，墻體、樓梁板、換撐連梁，必須全部完成。隨著樓梁板施工的完成，在拆除上部支撐前，再用高一級的微膨脹前將Ⅶ、Ⅷ二條后澆帶澆筑連塊，各后澆帶相交部位仍然保留。這樣一來，就形成了七塊縱向的樓梁板受力體，同時又能使Ⅰ至Ⅵ條后澆帶仍起消除沉降的作用。
5.效果和體會
通過對二道內支撐拆除前后，基坑位移、沉降監測數據的分折，利用上述作業方法和施工安排，其波動均在設計要求的范圍內，所以說利用現澆樓梁板進行換撐是有效的。在地下室頂板施工完成后，對后澆帶部位、樓梯部位進行全數檢查，沒有發現結構受損現象，達到了預期效果。本基坑為淤泥質土，地質情況較差，內支撐拆除時又采用爆破作業，換撐時不利因素諸多。通過這一成功的例子，為今后在相關作業環境下進行換撐提供了幾條借鑒經驗：一是要確保圍護體系的穩固和換撐受力體系的合理性；二是要合理安排支拆的施工順序；三是要做好實時監測，通過檢測的數據及時采取應急措施，確保工程在換撐進程中施工安全。
（巖土）
中國輕紡城聯合市場位于紹興柯橋原市場東側，是一型商業用房。其總建筑面積161196m2，地下建筑面積為50834 m2。地上4層，為全鋼結構，地下2層，為框剪結構。基坑開挖深度為10.65m，局部11.6m，分兩道鋼筋混凝土內支撐。支撐梁斷面分別為900cm×800cm、800cm×800cm、700cm×800cm，形式為角支撐加對撐。內支撐的拆除采用爆破作業，每道支撐分八次爆破，共十六次，由具有相應資質的專業隊伍實施。
1.基坑圍護概況
擬建工程場地南側約15m為104國道，北側約50m為蕭紹運河，東側隔馬路80m處為虹橋賓館，西側隔70—80m為輕紡市場。場地原為老宅區，現為雜填土，地勢平坦，屬杭州灣南岸蕭(山)—紹(興)平原地貌。據鉆孔取得的資料顯示，本工程開挖深度范圍內土質基本為淤泥質粉質粘土和粘質粉土，故圍護體系方案的選定顯得相當重要，同時土方開挖的施工難度和不確定性將增加。
根據地質條件，并結合本地區的施工經驗及周邊環境，決定采用土釘墻擋土結構和鉆孔灌注樁排樁加水泥土攪拌樁作止水帷幕的復合圍護結構，圍護內設兩道鋼筋混凝土水平支撐。
土釘墻擋土結構做法如下：在±0.000m以下3.65m按1.5：1的坡度放坡，設寬1.8m的平臺，在1.2m、2.2m、3.2m處分別錨入9m、9m、9m的土釘(傾角為10°)，水平間距為1.0m，坡面配6.5@200雙向鋼筋網，噴射100厚C20混凝土護面。
復合圍護做法如下：平臺以下采用一排1000@1300鉆孔灌注樁排樁作支護樁，再加兩道鋼筋混凝土內支撐作整個圍護的受力體系。鉆孔灌注樁嵌固深度10m，樁頂設1100×800壓頂梁。排樁外層采用一排600@400深層水泥攪拌樁，嵌固深度為3.0m，四周設300×200排水溝，每30m設集水井。
2.換撐原理和應用比較
換撐原理就是讓支護樁因內支撐拆除所產生的部分應力通過傳力構件傳遞給具有足夠承載能力的第三者，從而達到新的受力平衡。它除可采用剛性支撐件(斜撐、水平支撐)連接支護樁和地下室結構來控制變形、實現應力傳遞外，也可采用回填方式來實現。在此轉換過程中，圍護體系本身依然承擔相當的支護作用。設置斜撐，工期短、投入少，但支撐點選擇困難，難以布設全面(尤其是建筑物四角部位)，換撐的整體作用效果差，易被破壞，且往往由于支護樁與墻體距離短，斜撐往往需穿過墻體與地下室底板牛腿相連，這樣會增加防水施工難度，拆除斜撐尚會延誤工期。若直接采用水平剛性構件換撐連梁進行換撐，將支護樁的應力通過樓梁板最終實現。其優點是受力效果好、施工簡單又無需進行拆除施工，因此在工期較緊的工程較為合適。由于靠現澆樓梁板來承受基坑內力，對工程本身的結構安全性提出了更高的要求，必須采取必要的技術措施，以確保施工的順利進行。采用在坑內回填碎石料的方法來進行換撐，其特點是傳力帶的受力均勻性好，但實際施工時，往往防水施工介入較晚，且回填料密實度很難控制，對較基坑的內力傳遞無法保證，因此回填料作傳力帶只作輔助之用。特型深基坑或結構受力極其復雜的工程，可采用專門設計的鋼筋砼換撐梁來實現換撐，這種方法施工層次復雜，實際操作性困難，工期較長。為方便施工，經綜合考慮，本工程實際采用現澆樓梁板來實現換撐技術。
3.換撐的技術保證措施
本工程支護樁基本上座落在淤泥質土上，基坑的位移相宜超過設計警戒值。為此在局部地段再增設了一排圍護樁并通過連系梁將原圍護結構相連，同時再在支護樁底部5m范圍進行深層注漿，以提高地基土的物理性能，確保圍護本身的支護效果，減少應力向換撐結構件傳遞。在第二道水平支撐底模支撐拆除前，確保底板混凝土強度達到設計的80%以上，同時在坑壁四周澆筑厚400、強度為C25的素混凝土，其頂標高與底板面層標高相同，以進一步增加土體抗隆起的能力。(見右圖)在爆破拆除內支撐前，先進行內力釋放的施工，即在每隔一根支撐梁斷面，進行混凝土人工鑿除，而梁鋼筋不截斷，由梁鋼筋的變形來實現內力釋放，避免荷載突然增加造成對結構的破壞。根據施工部署，合理安排內支撐拆除順序，先拆下層支撐、再拆上層支撐。根據試爆進一步驗證爆破點間距和裝藥劑量，以達到拆除支撐、減少爆破沖擊力的理想效果。在支撐梁下方鋪墊細砂，降低塌落引起的震動。對樓梯、洞口部位的加固處理。本工程東北、西北角設有二個旋轉樓梯作車道使用，其現澆樓梯是螺旋上升的，故在拆除內支撐時，其應力傳遞是不均勻的。為減少這類不利影響，特在樓梯內外墻體內增設一道水平鋼管支撐(管徑300mm以上)，來改善此部位的受力效果。為使上人樓梯口、電梯井口等部位的應力能夠有效傳遞而不產生應力集中，需在樓梁板同標高位置增設臨時型鋼支撐，以消除對結構的破壞。
4.換撐施工及后澆帶處理。
工程在底板、樓梯處各設有8條后澆帶，21個施工段，為確保在換撐過程中，土體的壓力能通過換撐連梁傳遞至樓梁板處，必須對后澆帶進行澆筑，使其連成局部整體，將后澆帶的鋼筋受壓狀態轉變成混凝土受壓狀態，同時又能保證后澆帶仍起作用，故采取以下施工安排來達到上述目的。
第一.在拆除第二道水平支撐(底部支撐)A、B、C、D段時，底板至少澆筑至第Ⅳ條后澆帶部位；在拆除E、F、G、H段時，底板必須全部澆筑完成，而底板后澆帶部位暫不澆筑連塊。拆除底部支撐的應力靠坑道內混凝土帶，底板和上部水平支撐來共同承擔。若基坑位移出現異常，則可增設臨時鋼管斜撐加固，待位移穩定后再對局部后澆帶進行澆筑。
第二.在拆除第一道水平支撐(上部支撐)A、B、C、D段時，墻體、樓梁板至少澆筑至第Ⅵ條后澆帶部位，換撐連梁已施工完成，且最小砼強度已達到設計強度的80%以上；在拆除E、F、G、H段時，墻體、樓梁板、換撐連梁，必須全部完成。隨著樓梁板施工的完成，在拆除上部支撐前，再用高一級的微膨脹前將Ⅶ、Ⅷ二條后澆帶澆筑連塊，各后澆帶相交部位仍然保留。這樣一來，就形成了七塊縱向的樓梁板受力體，同時又能使Ⅰ至Ⅵ條后澆帶仍起消除沉降的作用。
5.效果和體會
通過對二道內支撐拆除前后，基坑位移、沉降監測數據的分折，利用上述作業方法和施工安排，其波動均在設計要求的范圍內，所以說利用現澆樓梁板進行換撐是有效的。在地下室頂板施工完成后，對后澆帶部位、樓梯部位進行全數檢查，沒有發現結構受損現象，達到了預期效果。本基坑為淤泥質土，地質情況較差，內支撐拆除時又采用爆破作業，換撐時不利因素諸多。通過這一成功的例子，為今后在相關作業環境下進行換撐提供了幾條借鑒經驗：一是要確保圍護體系的穩固和換撐受力體系的合理性；二是要合理安排支拆的施工順序；三是要做好實時監測，通過檢測的數據及時采取應急措施，確保工程在換撐進程中施工安全。
（巖土）
