徐鵬程

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

復(fù)雜環(huán)境下的深基坑的施工技術(shù)逐漸成為近幾年中心城區(qū)發(fā)展過(guò)程中的熱點(diǎn)，如何減小施工過(guò)程中，特別是深基坑多道混凝土內(nèi)支撐拆除過(guò)程中對(duì)基坑圍護(hù)本體及鄰近地鐵隧道所產(chǎn)生的不良影響，保障現(xiàn)代城市的正常運(yùn)行，已然成為整個(gè)社會(huì)，特別是土木工程行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)話(huà)題。

常規(guī)施工工藝中，混凝土支撐拆除采用在需要進(jìn)行拆除的支撐下方搭設(shè)鋼管扣件支撐架或下墊型鋼馬凳作為臨時(shí)支撐，然后再進(jìn)行支撐的切割拆除。但當(dāng)需拆除支撐與地下室中樓板相對(duì)距離較高或者需拆除的支撐下方存在大面積結(jié)構(gòu)洞口時(shí)，鋼管扣件支撐架或型鋼馬凳的設(shè)置將變得困難。如仍選用鋼管扣件支撐架，則存在施工成本高、費(fèi)時(shí)低效、安全隱患多、場(chǎng)地清理時(shí)會(huì)影響地下室結(jié)構(gòu)回筑進(jìn)度等問(wèn)題；如選用型鋼馬凳，也會(huì)面臨馬凳自重大不便搬運(yùn)、工效低下等問(wèn)題。因此，當(dāng)需拆除支撐與地下室中樓板相對(duì)距離較高或者需拆除的支撐下方存在大面積結(jié)構(gòu)洞口時(shí)，亟需一種更為可靠、安全且簡(jiǎn)便的混凝土支撐拆除施工技術(shù)。

1 工程概況

某工程位于上海市虹口區(qū)，基地范圍東至公平路、南至東長(zhǎng)治路、西至丹徒路、北至唐山路，項(xiàng)目南側(cè)鄰近軌道交通12號(hào)線區(qū)間段，基坑與隧道最近距離為18 m，如圖1所示。

圖1 基坑平面示意

為保護(hù)緊鄰地鐵的運(yùn)營(yíng)安全，本工程基坑分為“一大兩小”3個(gè)基坑，設(shè)計(jì)工況要求先開(kāi)挖施工1區(qū)基坑，待其地下室出±0 m后再開(kāi)挖2區(qū)基坑，待2區(qū)底板澆筑完成并達(dá)到強(qiáng)度后再開(kāi)挖3區(qū)基坑。

1區(qū)基坑共設(shè)有4道鋼筋混凝土支撐，支撐呈十字正交形的網(wǎng)格布置，各道支撐的規(guī)格參數(shù)及與地下室結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系如圖2所示。

圖2 1區(qū)基坑內(nèi)支撐與中樓板相互關(guān)系剖面

2 施工重點(diǎn)和難點(diǎn)

1）周邊環(huán)境復(fù)雜、地鐵保護(hù)要求高。本工程位于市中心，基坑周邊分布有重要的市政道路、地下管線及正在運(yùn)營(yíng)的軌道交通12號(hào)線。因此，如何加快支撐拆除與結(jié)構(gòu)回筑節(jié)奏，控制基坑變形，保護(hù)運(yùn)行中的軌道交通12號(hào)線區(qū)間隧道、周邊道路和地下管線安全，減少因拆撐施工對(duì)軌道交通及周邊環(huán)境的影響是本工程的重點(diǎn)。

2）需拆除支撐與中樓板相對(duì)距離大，施工效率低且風(fēng)險(xiǎn)性極高。支撐拆除常規(guī)采用在需拆除的支撐下方搭設(shè)鋼管扣件支撐架或下墊型鋼馬凳作為臨時(shí)支架[1]（圖3），但本工程1區(qū)地下2層中樓板至第2道支撐的相對(duì)距離達(dá)到4.75 m，選用鋼管扣件支撐架時(shí)存在施工成本高、費(fèi)時(shí)低效、安全隱患多、場(chǎng)地難清理等問(wèn)題；而選用型鋼馬凳也會(huì)面臨馬凳自重大不便搬運(yùn)、工效低下等問(wèn)題。此外，受目前建筑行業(yè)內(nèi)所使用叉車(chē)最大叉運(yùn)高度（4.5 m）的限制，無(wú)法將支撐從臨時(shí)支撐架或型鋼馬凳上叉高再下放至樓板面，因此第2道支撐無(wú)法采用傳統(tǒng)的在待拆除支撐下方設(shè)置臨時(shí)支撐架的方式進(jìn)行切割拆除。

圖3 鋼管扣件支撐架及型鋼馬凳

3 反吊法拆除施工技術(shù)

3.1 施工總體部署

經(jīng)圍護(hù)設(shè)計(jì)確認(rèn)，在滿(mǎn)足地下室結(jié)構(gòu)中樓板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上的條件下，方可進(jìn)行上一道支撐的拆除作業(yè)。

為確?；影踩⒈M可能降低支撐拆除對(duì)周邊環(huán)境的影響，按照“分區(qū)拆除、流水施工”的原則，將拆撐作業(yè)面分為A、B、C這3個(gè)區(qū)域，根據(jù)圖4標(biāo)注順序1—6按“之”字形流向進(jìn)行拆除，通過(guò)分區(qū)分段將支撐拆除、場(chǎng)地清理、排架搭設(shè)、鋼筋綁扎等各道工序有序銜接并形成流水施工，加快地下室結(jié)構(gòu)回筑節(jié)奏，從而進(jìn)一步減小基坑變形及對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。

圖4 拆撐分區(qū)及拆撐流向

結(jié)合本工程實(shí)際情況，第1道、第3道及第4道支撐采用傳統(tǒng)的下墊型鋼馬凳的方式進(jìn)行拆除。為解決需拆除的第2道支撐與地下2層中樓板相對(duì)距離大而引發(fā)的一系列問(wèn)題，在經(jīng)過(guò)反復(fù)論證并征得圍護(hù)設(shè)計(jì)同意的前提下，確定了反吊法切割拆除方案，即通過(guò)在第1道支撐上下掛鋼絲繩吊住第2道支撐，然后將第2道支撐使用電動(dòng)繩鋸進(jìn)行分段切割拆除，最后利用叉車(chē)下放切割后的支撐于樓板面上，并利用停機(jī)于棧橋板上的汽車(chē)吊將其吊運(yùn)至平板運(yùn)輸車(chē)輛上清運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 施工機(jī)械配置

根據(jù)本工程實(shí)際情況，支撐拆除擬配備的主要機(jī)械設(shè)備如表1所示。

表1 機(jī)械設(shè)備一覽

3.3 支撐切割分塊原則

考慮現(xiàn)場(chǎng)采用叉車(chē)的額定起重量，支撐混凝土切割分塊質(zhì)量應(yīng)控制在8 t以?xún)?nèi)，并且受20 t平板車(chē)裝載容積尺寸限制，分段切割后的混凝土支撐單體長(zhǎng)度應(yīng)控制在5 m以?xún)?nèi)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地及吊車(chē)性能，最終確定的各道支撐切割分段長(zhǎng)度如表2所示。

表2 切割分段長(zhǎng)度

以第2道支撐為例，部分混凝土支撐分段長(zhǎng)度如圖5所示，相鄰2根格構(gòu)柱之間的一跨支撐一般分為3段進(jìn)行切割，分段長(zhǎng)度均控制在2 800 mm內(nèi)。

圖5 第2道支撐切割分段

3.4 反吊法拆除工藝

支撐拆除準(zhǔn)備工作階段，在第2道支撐上用鋼管扣件搭設(shè)臨邊圍護(hù)欄桿，支撐梁兩側(cè)設(shè)置鋼絲繩生命線，生命繩繞格構(gòu)柱一圈后生根于格構(gòu)柱上，用鋼絲繩夾夾緊，工人系好安全帶并扣于生命繩上，如圖6所示。用紅油漆在第2道支撐梁上按照切割分段要求標(biāo)出切割分段。

圖6 生命繩拉設(shè)示意

在第2道支撐上按切割分段用風(fēng)鎬剝出支撐主筋，剝出主筋距離分段線300～400 mm，供后續(xù)穿鋼絲繩反吊限位用，如圖7所示。操作過(guò)程中工人必須將安全帶系在生命繩上。

圖7 鑿除支撐露出角部鋼筋平面示意

使用φ22 mm鋼絲繩反吊第2道支撐梁，鋼絲繩必須從支撐鑿除后露出的角部主筋內(nèi)部穿過(guò)。為減少鋼絲繩磨損，可在其與支撐角部接觸部位增設(shè)橡膠或木方等柔性襯墊作為保護(hù)措施。鋼絲繩接頭部位采用4個(gè)M22型號(hào)鋼絲繩夾按照規(guī)范要求連接夾緊，特別注意鋼絲繩夾在距最后一個(gè)繩夾500 mm左右，必須將鋼絲繩繩頭放出一段安全彎后再與主繩夾緊，目的是若繩夾有滑動(dòng)現(xiàn)象，安全彎將會(huì)被拉直，便于隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和及時(shí)加固。上述所有準(zhǔn)備工作完成并通過(guò)驗(yàn)收后，方可進(jìn)行下一道切割工序。

按照?qǐng)D8所示，對(duì)支撐按照1→2→3的順序進(jìn)行繩鋸切割，中間一段按正八字切割，靠近格構(gòu)柱的兩端豎向切割，便于后續(xù)叉車(chē)下放支撐。

圖8 鋼絲繩反吊立面示意

按分段完成繩鋸切割后，用叉車(chē)向上頂緊拖住切割后的支撐，如圖9所示。然后解除相應(yīng)支撐的鋼絲繩夾，由工人站立于上一道支撐上回收鋼絲繩。

圖9 叉車(chē)頂緊后解除鋼絲繩夾

叉車(chē)托住支撐后先緩慢卸力下放，再將其駁運(yùn)至臨時(shí)堆放點(diǎn)，然后通過(guò)汽車(chē)吊吊裝至平板車(chē)上，最后清運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果如圖10所示。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

4 支撐梁反吊安全性驗(yàn)算

4.1 荷載選取

首道支撐梁尺寸為800 mm×800 mm，梁頂標(biāo)高－0.85 m；第2道支撐梁尺寸為1 100 mm×1 000 mm，梁頂標(biāo)高－6.15 m；格構(gòu)柱中心間距10 m。第2道支撐梁切割時(shí)分為3段，每段長(zhǎng)2.8 m。鋼絲繩吊點(diǎn)為每段外邊向內(nèi)40 cm。

經(jīng)計(jì)算，首道支撐梁承受的第2道支撐梁自重為119.6 kN（為保證安全，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.5），則首道支撐梁每個(gè)吊點(diǎn)承載60 kN，每根鋼絲繩承重30 kN。

4.2 有限元建模

采用Midas軟件對(duì)支撐梁反吊安全性進(jìn)行驗(yàn)算，首道支撐梁兩端保留z向自由度，建立的模型如圖11所示。

圖11 首道支撐梁反吊安全性驗(yàn)算模型

4.3 首道支撐梁承載力驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，首道支撐梁最大彎矩位于梁端部，最大值為462.6 kN·m，如圖12所示。

圖12 首道支撐梁彎矩分布

根據(jù)首道支撐梁設(shè)計(jì)配筋，在計(jì)算時(shí)僅考慮上下皮鋼筋（上下各6φ25 mm），混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)值為C35。經(jīng)計(jì)算，首道支撐梁極限抗彎承載力為1 543.1 kN·m，大于最大彎矩462.6 kN·m，故首道支撐梁安全性滿(mǎn)足要求。

4.4 鋼絲繩承載力驗(yàn)算

現(xiàn)場(chǎng)采用φ21.5 mm的6×37鋼絲繩，（容許抗拉應(yīng)力為1 700 MPa），查表得知其容許拉力為296 kN，則可知反吊安全系數(shù)K＝296/30＝9.86＞8，大于鋼絲繩用作捆綁吊索的安全限值，故鋼絲繩安全性滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程采用鋼絲繩反吊法對(duì)基坑內(nèi)第2道鋼筋混凝土支撐進(jìn)行切割拆除，解決了第2道支撐與地下室中樓板相對(duì)距離較高帶來(lái)的一系列問(wèn)題，相對(duì)于支撐拆除傳統(tǒng)施工工藝具有以下優(yōu)勢(shì)[2]：

1）有利于提高施工工效。通過(guò)將需拆除支撐利用鋼絲繩反吊于上一道支撐上，鋼絲繩反吊等準(zhǔn)備工作可以在樓板養(yǎng)護(hù)期間提前介入，且相對(duì)于傳統(tǒng)的拆除方法節(jié)省臨時(shí)鋼管支撐架的搭拆時(shí)間，極大地提高了施工工效，整體上可以縮短地下室結(jié)構(gòu)回筑工期，保障基坑圍護(hù)本體及周邊地鐵隧道正常運(yùn)營(yíng)的安全。

2）施工安全性易于控制。由于反吊法所用的主要材料為鋼絲繩，反吊節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量根據(jù)反吊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)收，清晰明確，施工安全可控性大大加強(qiáng)。

3）有利于降低施工成本。反吊法采用的鋼絲繩可重復(fù)使用，節(jié)能環(huán)保，與傳統(tǒng)支撐下墊型鋼馬凳工藝相比，節(jié)約了型鋼馬凳的制作加工費(fèi)及現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)費(fèi)；與傳統(tǒng)支撐下搭設(shè)臨時(shí)鋼管支撐架工藝相比，節(jié)約了鋼管扣件的租賃費(fèi)及搭拆費(fèi)。實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)約型鋼馬凳或鋼管支撐架100%，人工的消耗降低近40%左右。經(jīng)測(cè)算，節(jié)約費(fèi)用約10萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。