基坑工程内支撑转换施工技术研究

基坑工程内支撑转换施工技术研究

本文以天津玉阁金融走廊15栋基础设施工程为例，研究了大型复杂井的支撑变化技术，具有极其重要的现实意义。1基坑开挖空间天津滨海新区于家堡金融区起步区六地块基坑工程包括6栋140~250m高的塔楼,以及南北向B2线和东西向B3线两条地铁线。该基坑南北向长约400m,东西向宽约280m,占地约11万m2,6栋塔楼基坑开挖深度为15~18m,地铁B2线开挖深度为19m,地铁B3线是基坑中最深部位,为25m。该基坑属于超大规模深基坑,其开挖面积和开挖深度在国内也是相当罕见的。六地块基坑工程围护结构采用大直径钻孔灌注桩(∅1100~∅1300)加三轴水泥搅拌桩止水帷幕的方法进行施工,基坑整体只设置了一道水平支撑,支撑梁截面为1m×1m,两横一纵,将6个地块分开,局部区域设置了角撑。在东西向地铁B3线局部较深部位设地下连续墙和第二道水平支撑。六地块及其主楼分布、水平支撑设置如图1所示,基坑开挖深度如图2所示。本工程原计划六地块主体结构施工至地下3层顶板,以及地铁B2、B3线施工至地下2层顶板(顶板相对标高均为-9.650m)并完成传力构件后,实施内支撑整体拆除方案。但由于六地块主体结构总包单位进场时间不同,各地块和B2、B3线的施工进度不能协调统一,因此无法实现整体拆撑。为了不影响各地块主体结构的施工要求,只能按照各地块的实际进度,采用内支撑转换技术实行分阶段拆撑。2支撑转换方案15地块的内支撑与主楼平面位置关系如图1所示。由于围护及支撑结构设计先于地下室结构,所以角撑、边桁架和腰梁均覆盖在主楼之上,特别是局部角撑还覆盖在主楼核心筒之上,造成了主楼主体结构在内支撑拆除之前无法施工的局面。为了满足15地块主楼的施工进度要求,设计了内支撑转换技术,遵循先转换、后拆除的原则,对于要拆除的部位,首先采取转换措施,将围护结构的受力传至基础底板,确保将拆除的支撑杆件不再受力,并设置传力构件,以确保基坑周边土体对围护结构的水平力能够连续传递并抵消,然后再拆除。结合15地块的实际情况,拟采用加设斜抛撑的方法进行支撑体系的转换,分两个阶段加设覫609钢管斜抛撑来代替混凝土支撑,以满足各阶段施工的要求。第一阶段在西侧及北侧各安装6覫609钢管斜抛撑,从而提前拆除影响主楼核心筒施工的西北角撑(图3,4)。斜抛撑上托座设置于支撑腰梁上,下托座设置于基础底板上。第一阶段支撑转换的前提条件是底板及上、下托座混凝土浇筑完成并达到70%设计强度。第二阶段是基坑内支撑整体拆除阶段,只保留B3线上部的支撑,其余的水平支撑全部拆除,拆除范围如图5中阴影所示,从而保证15地块地下结构能够顺利向上施工,因此在15,16地块和B2线北侧,以及25,26地块和B2线南侧每隔4m左右间距设置覫609钢管斜抛撑(图6),将斜抛撑上托座设置于结构外墙上,下托座设置于基础底板上。第二阶段支撑转换的前提条件:六地块地下3层顶板、地铁B2线地下2层顶板全部完成且混凝土达到强度设计值,六地块全部底板、地下3层顶板后浇带传力构件埋设完毕,斜撑卸载措施完成,B2线和B3线侧墙及传力构件完成。3内部支撑施工技术3.1斜抛撑施工技术依据换撑设计,第一阶段换撑要在15地块西侧和北侧角撑两端的位置各布置6覫609钢管斜抛撑,斜抛撑构造如图7所示。由于覫609钢管斜抛撑穿过地下3层顶板,因此应在底板施工完成、地下3层顶板施工前,将覫609钢管提前存放到安装部位。当满足安装条件时,采用地面拼接、整体吊装的方式,将多根覫609钢管以法兰连接的方式拼接成斜抛撑设计的长度,利用塔式起重机吊装就位,上部、下部分别与上托座和下托座的预埋件焊接固定。为方便覫609钢管的安装和使用,上、下两个端头均设置为型钢活络接头。钢管斜抛撑安装就位后,还要利用千斤顶给斜抛撑施加500kN预顶力,保证覫609钢管与上、下托座顶紧。由于斜抛撑穿过地下3层顶板,因此在顶板相应位置需留设孔洞,待斜抛撑拆除后封堵。下托座设置于主楼底板上,尺寸为1000mm(宽)×2500mm(长)×1000mm(高),钢筋混凝土结构,下托座钢筋与底板钢筋同时绑扎,先浇筑底板混凝土,再浇筑下托座混凝土。上托座设置于内支撑腰梁上,钢筋混凝土结构,采用植筋及扩大截面法施工。每个上托座植筋数量约60根,钢筋直径25mm,植筋深度500mm。3.2第三阶段35段钢管的安装依据换撑设计,第二阶段换撑要在15地块北侧间距4m设置∅609钢管斜抛撑,斜抛撑构造如图8所示。依据换撑设计,第二阶段的∅609钢管斜抛撑应在地下3层顶板支撑拆除后安装,但由于此时已不具备钢管就位的条件,因此第二阶段的钢管就位时间与第一阶段相同,即底板施工完成、地下3层顶板施工前须将第二阶段的钢管存放到安装部位。第二阶段钢管安装仍采用地面拼接、整体吊装的方式,但由于已无法利用塔式起重机吊装,因此应在地下3层顶板相应位置预埋钢筋吊环,利用钢丝绳及单轨吊车将钢管斜抛撑提升。斜抛撑安装完成后,利用千斤顶施加500kN预顶力。下托座设置于主楼底板上,尺寸和施工方法与第一阶段相同。上托座设置于地下室外墙,为加强外墙承载力,在外墙的上托座标高位置设置通长暗梁。外墙与围护桩之间设置500mm厚C30素混凝土换撑板带,从而使围护桩与换撑斜抛撑形成整体传力体系。3.3地铁侧墙内钢管对撑施工在各阶段换撑实施之前,应在结构构件的空隙间设置一些传力构件,以保证内支撑卸载、拆除后,水平力能够连续传递。传力构件主要分以下三类。(1)各地块主体结构与围护结构间、与地下空间侧墙间采用中粗砂回填压实,并在基础底板、地下3层顶板处设置500mm厚、C30素混凝土板带作为传力构件。(2)各地块基础底板后浇带、地下3层顶板梁后浇带部位设置工字型钢作为传力构件,封头板为20mm厚钢板,在结构钢筋绑扎阶段预埋。(3)地铁B2线、B3线侧墙内临时架设∅609钢管对撑作为传力构件。侧墙施工时,应在-14.450m标高处预埋对撑埋件。当侧墙与基础底板之间的换撑板带施工完成后,安装∅609钢管对撑,并利用千斤顶施加500kN预顶力。为保证钢管对撑的稳定,还要在钢管下砌筑临时砖砌支墩(图9)。3.4第二阶段钢管斜抛撑第一阶段钢管斜抛撑在第二阶段钢管斜抛撑架设完成后即可拆除。第二阶段钢管斜抛撑的拆除条件为:B3线地下2层顶板施工完毕,混凝土达到强度设计值,且B3线与临近地块主体结构之间的缝隙有效回填,换撑板带混凝土达到强度设计值。4混凝土浇筑法。在一般内于家堡15地块基坑工程内支撑拆除的前提条件为:第二阶段的覫609钢管斜抛撑全部安装完成,各地块地下3层顶板、地铁B2线地下2层顶板全部完成且混凝土达到强度设计值,所有换撑板带施工完成并达到设计强度,所有后浇带内型钢传力构件安装完成,B2线和B3线侧墙及传力构件完成。一般内支撑拆除有爆破和机械拆除两种方法。爆破法拆撑速度快,但由于每次15地块工程爆破拆除的混凝土方量较小,因此需多次爆破,且安全管理难度极大。机械拆除法速