随着我国经济的不断发展和城市化进程的快速推进,城市人口日趋密集,城市建设越来越重视地下空间的开发利用,各类地下工程,如地铁、地下商场、地下停车库、过江隧道等,其数量和规模快速扩大,使得超大型深基坑工程得到了迅猛发展,鉴于超大型深基坑工程自身特点,其支护结构及周边环境(建筑物、构筑物等)的安全成为社会各方关注的重点,土木工程界对超大型基坑的开挖、支护、支撑拆除等问题的研究越来越深入,对其变形的控制成为超大型深基坑工程研究的重要课题。
对于超大型深基坑变形机理,国内外学者都对进行了大量的研究,在1990年,Clough将深基坑变形分为两种:一种是基坑开挖和支撑的基本过程引起的变形;另一种则是由于相关的施工活动如支撑拆除、基础施工或墙体施工等引起的变形。2001年,Long根据大量基坑工程的墙体变形和土体变形的实测资料,具体讨论了开挖深度、支撑系统刚度、坑底抗隆起稳定系数等对基坑变形的影响。这两种理论对国内超大型深基坑工程研究产生了重要的影响,我国关于超大型深基坑变形研究是从20世纪90年代中期开始,经过20多年的发展,形成了一套比较完善的超大型深基坑工程变形控制的计算理论和控制方法,但研究区域和方向主要是基坑开挖和支撑的基坑过程,其发展正经历从支护结构的强度控制向动态变形控制的转变。
超大型深基坑变形主要表现为围护结构移位、周围地表沉降和基坑底部土体隆起等,主要原因是土方开挖或支撑拆除等施工活动引起基坑内外产生压力差,围护结构在该压力的作用下,产生向基坑内的水平位移和土体变形,地表沉降主要原因来自围护结构移位和坑底土体隆起。本文通过工程实例,介绍了苏州高新金鹰商业广场项目基坑的基本情况,内支撑体系的布置、支撑拆除换撑工艺,详细分析了过程动态检测的数值变化和原因,阐明通过支撑梁拆除次序的调整和破除方式的综合利用,结合基坑检测数据,合理安排支撑拆除的进度,可以有效控制基坑变形量,对保证超大型基坑支撑体系和周边环境的安全具有重要指导意义。
该项目位于苏州市高新区商业中心地带,基坑底部有拟建地铁3#线穿越,该地铁隧道顶板即为本项目地下室底板,基坑内外周边环境复杂。该基坑总面积约28000m2,南北最大宽度140m,东西最大长度232m,基坑总延长米772m,基坑普遍开挖深度16.4m,局部18.5m。
该项目基坑支护设计采用四周地下连续墙+3道水平砼梁的内支撑围护体系,钢格构柱作为垂直向连接构件,中部设置临时分隔墙(宽度800,长度110m),将基坑分为A、B两区。3道支撑中心标高分别为:-2.30m、-7.70m和-12.90m,其中首道支撑与栈桥相结合,栈桥板厚300mm。
根据《建筑基坑工程监测技术规范》精度要求、基坑设计安全等级、基坑周边环境以及地质复杂程度,本基坑按一级监测等级的技术要求进行监测。A区布设各类监测点149个,B区布设各类监测点195个,共计344个监测点,形成了立体监测网络。
整个基坑在土方开挖期间,基坑部分点变形超过设计报警值,特别是道路、管线、地铁连通口监测点,远远超过20mm及10mm的设计报警值,但基坑一直处于稳定的变化趋势中,至底板浇筑完成未有较大突变,基坑变化总体可控。如下图所示。
本项目基坑体系的拆除主要采取镐头机破除的方式,局部使用静力切割、排孔切割,按照先A区后B区,自下而上,先拆除水平支撑及围檩,再拆格构柱,最后破除地连墙,结合地下结构施工,逐层换撑,逐区逐块拆除。
三道水平砼支撑、围檩的拆除,采取镐头机破除为主,静力切割为辅,拆除前,需据地铁明挖区间的施工进度、楼板结构施工进度和砼强度,确认换撑条件,A、B区交替进行。
格构柱的拆除,采取自上而下,逐层拆除,其中负一层格构柱在栈桥破除时,同步拆除,负二、三层的格构柱在地下室顶板全部浇筑结束后拆除。
中隔墙的拆除,采取镐头机破凿和排孔切割并行,其中负一层中隔墙与第一道支撑同步拆除,负二、三层中隔墙在地下室封顶后,自上而下,逐层拆除。
每层支撑拆除的顺序为:成品保护措施及工况条件确认→机械进场、就位→吊装镐头机到基坑→支撑、围檩镐头机破碎→人工回收废钢筋→挖机翻渣→垃圾归堆→吊车转运
(1)水平内支撑拆除
根据围护支撑体系的设置和变形情况,支撑及围檩的拆除分区进行,当换撑条件具备时,开始对内支撑进行拆除,遵循”先次要构件,后主要构件”原则,先拆除联系撑、角撑,再对撑、围檩等,使原支撑的应力按要求逐步均衡释放。对撑梁拆除时,做到支撑两端与围檩同时进行静力切割、断开,之后将无轴力的支撑梁逐段拆除。支撑拆除根据结构布置情况进行逐块拆除,确保支撑桁架体系逐步卸除轴力,防止基坑周边的变形发生突变。支撑梁拆除时前应明确切割拆除顺序及相应的施工工艺,确保符合设计要求,不致支撑集中受力,造成安全隐患。支撑梁切割小段有格构柱的,原则上沿格构柱进行切割支撑梁,格构柱内混凝土由人工风镐进行拆除。
(2)中隔墙拆除
中隔墙采取排孔切割和风镐结合的方法,由上向下,逐层拆除。先用排孔切割拆除结构主梁部位中隔墙,将其柱梁连通,用风镐破除临时传力块,再采用接卸切割和风镐结合的方法拆除其余部位的中隔墙。拆除的混凝土块经破碎后,通过汽车坡道外运处理。
(3)格构柱拆除
格构柱采取气割切块的方法拆除。在楼层板结构施工时,在格构柱边埋设U型吊点(Ø16以上圆钢);在具备格构柱拆除条件后,围绕格构柱搭设钢管脚手架,用3t/5t的手拉葫芦在预埋的吊点处,捆绑格构柱,再气割格构柱顶端四根角钢,再割除格构柱底端一侧的两根角钢,拆除脚手架,之后割除格构柱底端最后两根格构柱,将格构柱放到与事先铺好的竹篱笆上,分块割除后,外运处理。
在支撑拆除过程中,需要各层地下室板梁结构进行换撑,在后浇带、中隔墙处浇筑传力砼块,在汽车坡道、非机动车坡道、预留楼梯洞口等部位设置传力型钢,确保将水平内支撑的轴力转换至地下室结构上。
(1)第三道支撑拆除
在底板浇筑全部完成,尤其地铁区域结构施工完成,其砼强度不小于设计强度的80%,且底板后浇带传力型钢全部安装完毕,从角部开始第三道支撑拆除,最后拆除栈桥下的6根对撑。
(2)第二道支撑拆除
在负二层楼板和中隔墙、后浇带的临时传力块全部浇筑完成,其砼强度达到设计强度80%,分块同步进行拆除,栈桥下6根对撑最后拆除。
(3)第一道支撑拆除
在负一层楼板、砼板撑和中隔墙、后浇带的临时传力块全部浇筑完成,且砼强度达到设计强度80%后,方可进行。拆除施工时,先切割拆除非栈桥区域支撑梁,再破除栈桥区域支撑梁、栈桥板及栈桥梁。栈桥板及栈桥梁拆采用镐头机后退破除的方法,最后破除收尾出口。
内支撑拆除时伴随着地下室结构施工进行的,经历5个月的时间,是考验基坑安全性的一个重要阶段。该过程的检测极为重要,对拆撑的顺序和进度的控制起到了指导作用。
通过支撑轴力的变化和基坑位移的监测,对确保基坑安全非常关键。本项目在拆除过程中,对基坑变形量超警戒值或地铁联通口等特殊区域,采取保留后拆充分释放应力,或改变破撑方式,使用对周围影响小的静力切割进行,有利的保证了基坑的安全。
1)在苏州金鹰商业广场项目的内支撑拆除时施工过程中,由于周边环境复杂,分区域分阶段进行支撑拆除,采取人机结合的方式,有利的保证了基坑支撑拆除施工顺利进行的重要保证。
2)深基坑在支撑拆除、各层地下室结构施工过程中,及时换撑,与结构梁板形成整体,是整个结构逐渐参与抵抗基坑变形,这能很好解决支撑拆除过程中的基坑安全问题。
3)内支撑体系的拆除与换撑施工,拆除过程的检测情况和分析,对基坑内支撑拆除和施工具有很强的知道作用。
4)在一些特殊区域,如变形较大或紧邻其他建筑物处,采取静力切割的方式,可最大限度的保护相邻设施,虽成本较高,但安全性有很大的保证。
5)成品保护是支撑拆除的一项重要措施,否则将为后续的结构施工质量造成重大影响,需高度关注。
摘要：超大型基坑在土方开挖和支撑拆除阶段易发生基坑变形,本文以苏州高新金鹰商业广场项目为例,针对超大型基坑内支撑拆除阶段的基坑变形控制进行深入论述。通过对该项目基坑支撑拆除过程中的基坑变形监测数据,分析了内支撑拆除对周围地表沉降、支护地连墙深层水平位移及砼支撑轴力的影响,从而确定:在超大型基坑的支撑拆除过程中,通过对支撑梁拆除次序的调整和破除方式的综合利用,合理安排支撑拆除的进度,可以有效保证超大型基坑支撑体系的安全,切实控制基坑变形量,确保了周边建筑及设施的安全,有效促进了工程的施工进度。
关键词：超大型基坑,支撑拆除,基坑变形,监测
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