山东深基坑斜撑支护体系分段先拆后撑施工技术总结

XX广场深基坑斜撑支护体系分段先拆后撑施工技术[摘要]与水平支撑相比深基坑斜撑支护体系具有工程量小、造价低、挖土方便、工期短等优点。本文阐述的斜撑支护体系分段先拆后撑施工技术，充分利用排桩斜撑支护体系的空间整体协同作用，合理确定分段拆撑长度；施工中先行分段拆除斜撑，然后分段施工地下结构，从而避免在地下结构上留洞，在发挥斜撑支护体系优势的同时，也克服了拆撑阶段对地下结构施工的不利影响。[关键词]基坑；斜撑；先拆后撑；施工工艺[中图分类号]TU46+3，TU711[文献标识码]A[文章编号]1工程概况XX广场地下两层，基坑开挖形式总体呈近似矩形，平面尺寸东西长约353.00m，南北宽约189.0m，基坑开挖深度12.1m。基坑支护形式为排桩挡墙，内支撑形式为混凝土斜撑加角撑，坑内降水。支护桩直径为800mm，桩中心间距为1200mm，支护桩长22.1m。斜撑截面1200mm×800mm，共有174根。与水平支撑相比，斜撑具有工程量小、造价低、挖土方便、工期短等优点。但目前常规的斜撑拆除方法是等到先行施工地下结构并完成换撑后才可进行拆撑，这就不得不在地下结构的外墙、楼板上因斜撑而留洞，从而增加了施工难度，影响了地下结构的施工速度、施工质量和结构的整体性，也限制了斜撑支护体系的推广应用。如等到先行施工地下结构并完成换撑后再进行斜撑拆除，本工程就不得不在地下结构的外墙、楼板上因斜撑而留洞，留洞数量多达348个。为了避免外墙、楼板留洞，我们通过本工程完成了“考虑空间效应的排桩斜撑支护体系分段先拆后撑法研究”这一应用成果，同时形成了“排桩斜撑支护体系分段先拆后撑施工工法”。2拆撑原理排桩斜撑支护体系分段先拆后撑施工工法充分发挥排桩斜撑支护体系的空间整体协同作用，利用空间有限元分析拆撑过程，对应力进行安全有序的调整转移和再分配，确定分段拆撑长度；施工中则是先行分段拆除斜撑，然后分段施工地下结构，从而避免在地下结构上留洞，在发挥斜撑支护体系优势的同时，也克服了拆撑阶段对地下结构施工的不利影响。（1）保证换撑后支护结构整体稳定性满足规范要求；以最不利工况（即拆撑后换撑前的工况）进行整体稳定性计算，其安全系数应满足规范要求。（2）控制支护结构各构件内力和变形，强度和变形验算满足规范要求。即满足以下各式：拆撑后区段内冠梁最大弯矩和剪力分别满足：（4-1）（4-2）式中——冠梁拆撑期间的设计承载力控制值；——冠梁拆撑期间的设计抗剪承载力控制值。拆撑后区段内排桩的弯矩和剪力以及位移分别满足：（4-3）（4-4）（4-5）式中——支护桩在拆撑期间的设计抗弯承载力控制值；——支护桩在拆撑期间的设计抗剪承载力控制值；——拆撑期间支护桩位移控制值。拆撑后区段两侧斜撑轴力斜撑轴力应满足：（4-6）式中——拆撑期间斜撑的轴力控制值。（3）拆撑顺序尽可能保证应力释放的均衡性；（4）有效组织施工，尽早施做底板传力带、中板和顶板，及时换撑，减小时空效应的影响。3施工工艺3.1工艺流程（1）做好监测工作和巡视检查，确定基坑支护结构的排桩、冠梁、斜撑等构件状况是否正常，是否有变形过大、裂缝、压屈、断裂等现象。（2）拆换撑准备。基础底板和基坑之间的传力带应全部浇筑完成，并把斜撑影响范围之外的地下结构完成，包括影响区外的柱、梁、板等结构。（3）如排桩嵌固深度不满足要求，可采取填充措施，对地下室外墙（斜撑下方）与排桩之间的空隙进行充填，以满足排桩底端嵌固的要求。（4）拆除区段内的斜撑。（5）尽快施工地下室结构至顶板，并施做钢筋混凝土换撑板带。（6）当换撑板带抗压强度达到15N/mm2，进行下一区段拆换撑准备。流程图如图3.1所示。现场监测浇筑底板传力带斜撑影响范围之外现场监测浇筑底板传力带斜撑影响范围之外地下结构完成按顺序拆除区段内斜撑地下室外墙与排桩间充填充填排桩嵌固不满足施工区段内地下结构区段内换撑进入下一区段图1施工工艺流程图3.2施工要点施工条件准备（1）现场建立起基坑工程监测控制网。监测项目、基准点、工作基点、监测点布置以及精度满足拆撑及周边环境控制要求。（2）所有的基础底板已浇注完成。（3）影响范围之外的结构完成。拆撑前应尽可能将斜撑影响范围之外的地下结构完成，以缩短拆撑后的无支撑暴露时间，加快施工速度。（4）划分拆撑区段，制定拆撑专项施工方案。利用有限元进行空间内力分析，计算冠梁、排桩、斜撑等构件的内力发挥程度，根据规范规定确定发挥程度控制指标，以此指标为依据同时结合基坑坑角等空间效应，划分拆撑区段并确定区段最大长度，区段长度一般在30～50m。专项施工方案应确定拆撑顺序、拆撑时间、地下结构分段长度及施工限控时间、换撑完成时间等施工参数。建立专项安全管理组织；制定信息化施工的技术及管理措施；编制应急预案，保证应急物资到位。3.2.2拆撑施工3.2.2.1拆撑顺序拆撑顺序分为区段的起点和流向、区段内的拆撑顺序两类。拆撑顺序应与设计工况保持一致。（1）区段的起点和流向应充分考虑基坑侧壁的空间应力分布，力求应力释放均衡。拆撑区段的起点应取基坑侧壁的中间区段。流向应自中间向两端进行。对较规则的基坑如多区段同时拆撑，宜采取对称拆撑的原则。拆撑区段的起点和流向如图3.2.2-1所示。（2）区段内的拆撑顺序应自中间向两端进行，防止应力释放的突变。图2拆撑区段的起点与流向3.2.2.2底板传力带施工充分利用基础底板水平侧向刚度无限大的特点，在基础底板和排桩挡墙之间设置传力带，调整挡墙应力分布，控制挡墙底部位移和坑底隆起。（1）底板传力带可采用素混凝土或钢筋混凝土浇筑而成。一般宜采用素混凝土满铺，混凝土强度等级不低于C20。当传力带采用短撑时，短撑间距一般为2～3个排桩间距，且应在挡墙一侧设置钢围檩或钢筋混凝土围檩，钢筋混凝土围檩可按构造配筋。（2）传力带的厚度经验算满足换撑传力要求即可，如基础底板厚度超过80cm，为减小混凝土工程量，宜在下部采用砖模及填砂，上部采用素混凝土或钢筋混凝土传力带，如图3所示。图3底板传力带（3）由于在建筑物正常使用阶段地下结构与传力带之间可能会发生差异沉降，从而影响主体结构，因此宜采用油毡等低压缩性材料在传力带与地下结构之间隔离。（4）底板传力带的混凝土强度达到设计强度70%后，方可开始拆除斜撑。.3斜撑拆除与吊运（1）在前一区段完成换撑后，方可进行下一区段的斜撑拆除。如换撑采用现浇混凝土横撑，浇筑后的混凝土轴心抗压强度应达到15N/mm2后方可拆撑。（2）拆除斜撑前，应清理区段内的地面超载，减小地面超载对排桩变形的影响。（3）拆撑期间应加强仪器观测和巡视检查，检查冠梁、排桩、斜撑等构件出现变形过大（超过报警值）、裂缝、压屈、断裂等情况，应立即停止拆撑作业，并启动应急预案。（4）斜撑拆除宜采用无振动拆除方法，如采用金刚石绳锯等专业切割设备，对钢筋混凝土斜撑进行切割分离，以减小振动对拆撑区段排桩的有害影响。（5）绳锯作业时注意：保证绳锯运转平稳度，减少抖动；下刀量适度，不宜过大；稳定注塑质量，确保不出现串珠转动及窜动；绳锯每切完一段时间后及时检查；适度扣压，减少钢丝绳的损伤，防止钢丝绳提前断裂。（6）根据吊装设备和车辆运输要求，宜按照单块重量不超过20t，长度不超过6m切割分块。（7）切割下的斜撑应及时外运，不得堆放在基坑顶部附近。3.2.3地下结构施工（1）应充分考虑时空效应对基坑支护结构位移的影响，拆撑后区段内的地下结构应连续施工，尽快完成。（2）为缩短地下结构的施工时间，当基坑面积较大时，坑内斜撑影响区外的地下结构应在该区段拆撑前完成结构施工。斜撑影响范围内的结构，包括柱子、梁、墙、板的大部分钢筋应尽可能绑扎完成，以减小拆撑后的工作量。（3）基础底板位置的斜撑止水处理。斜撑需要在基础底板浇筑后拆除，斜撑穿越基础底板范围可能成为地下水向上渗流通道，为此斜撑应在基础底板位置设置封闭的钢板止水带，阻止地下水渗流。3.2.4换撑施工（1）换撑标高选择在地下结构楼板平面标高并靠近斜撑上支点标高，以利于基坑侧壁所受水平力的合理传递。（2）换撑构件宜采用钢筋混凝土板带的型式，换撑板带应根据施工作业荷载对其进行设计计算。（3）换撑板带与地下结构可同步浇筑施工。（4）换撑板带应间隔设置洞口，以作为后续施工时的人员及材料运输通道。洞口一般不应小于1000×800mm，洞口的中心距离控制在6m左右，并可根据实际作业要求适当调整。（5）换撑板带上应设置一定数量的吊筋，如图所示。（6）在换撑板带与地下结构之间应设置压缩性小的隔离材料，避免差异沉降对地下结构产生不利影响。（7）从拆撑到换撑完成应控制在拆撑设计要求的限定时间内。图4换撑板带节点详图3.2.5监测与信息反馈全过程监测基坑及周边环境的变化情况是确保工程建设安全的关键。拆换撑期间应及时测量各施工阶段主要工序引起的动态数值，并与拆撑设计值、报警值比较，及时反馈指导拆换撑设计和施工。监测要求主要的监测内容参见表1。表1监测项目表序号监测项目监测仪器监测频率监测目的1围护墙顶部水平位位移精密全站仪或精密密经纬仪1～2次/天掌握拆换撑过程中中对基坑围护护墙的影响程程度2围护墙顶部竖向位位移精密水准仪，铟钢钢尺1次/2天掌握拆换撑过程对对基坑及周边边环境的影响响程度和范围围3建筑物沉降与倾斜斜4地下管线沉降5周边地表、道路竖竖向位移6围护桩深层水平位位移测斜仪，频率接收收仪1～2次/天掌握拆换撑过程中中围护桩不同同深度位移情情况及规律，掌掌握围护桩最最大位移值7围护桩及斜撑内力力钢筋应力计，频率率接收仪1～2次/天掌握拆换撑过程中中围护桩及斜斜撑内力变化化情况及规律律8地下水位电测水位计1次/天掌握基坑及周边环环境地下水位位变化情况测点布置按照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009规定执行。受力及变形较大的基坑侧壁中央、拆撑区段中央、阳角处应布置监测点。观测精度应满足监测报警的要求。可根据施工条件、作业进度和变形情况增加或减少观测次数，随时将监测信息报告给现场技术人员。监测报警值应根据土质特征、设计结果及当地经验等因素确定。监测分析为进一步确认桩体、冠梁及斜撑的健康状态，在基坑北侧，先行对29#、31#、及33#、34#、35#斜撑进行了换撑，该区域长度约在36m，并取得了有意义的监测数据。图5是该段在换撑期间坑顶水平位移的增量，拆撑过程中基坑排桩新增位移7mm，排桩累积侧向位移16mm。图5区段内冠梁顶水平位移增量按本文方法确定的最小分段长度为45.3m，斜撑总混凝土施工量2227m3，全部换撑工作完成共1个月的时间。小于《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009的30mm的要求；内力等其余各项监测项目均在规范报警值范围之内。图5区段内冠梁顶水平位移增量4技术经济分析该工程原拆撑设计方案为：先行施工地下室结构，结构施工至±0.00之后进行斜撑的拆除工作，此方案须在地下室外墙留洞计174个，尺寸约1.2m×1.0m，中板留洞计174个，尺寸约1.2m×1.0m，从而造成后期补洞、钢筋连接及节点防水等劳动量和材料的大量增加；其中增加的工序及作业时间延长3个月左右，并严重影响地下室外墙的整体性，对留洞位置的防渗和防水