游敬杰

(中鐵二局第六工程有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著中國經(jīng)濟迅猛增長、人民生活水平的不斷提高，加速推進了大中型城市快速發(fā)展，特別是大中型城市的高度開發(fā)和人口的高度集中，促進了地鐵交通的快速建設(shè)。地處城中復雜環(huán)境的深大地鐵車站建成使用需求緊急，對支護結(jié)構(gòu)的變形要求也越加嚴格[1]。然而內(nèi)支撐體系的操作便捷性和穩(wěn)定性對地鐵車站的快速安全建成極為關(guān)鍵。本文結(jié)合杭州地鐵6號線“豐北站”深大基坑在確保支護變形可控情況下，探討內(nèi)支撐體系中的取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化，并運用工程實例闡述鋼留撐、混凝土留撐施工技術(shù)優(yōu)化的具體操作方式。為類似深大基坑工程的簡化工藝、降低難度、縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量等提供參考。

1 案例項目

杭州地鐵六號線豐北站位于杭州市蕭山區(qū)亞運村范圍內(nèi)，距錢塘江不足1km，地下水蘊藏豐富，鄰近“亞運村”及市政平瀾路工程。該站屬高水位富水砂層雙島四線明挖地鐵車站，底板主要位于粉砂和淤泥質(zhì)粉砂層，建筑面積52177m2，總長810m，寬24~56m，基坑開挖深度13.5~24m，設(shè)置6個出入口，3組風亭。

豐北站設(shè)計留撐段結(jié)構(gòu)交叉異形、板間距較大、行車結(jié)構(gòu)板縱坡大（0~2.9%），見圖1?？紤]回筑階段的基坑穩(wěn)定，采取A區(qū)162m第3道混凝土支撐做留撐（圖2）、C區(qū)140m第2道混凝土支撐做留撐（圖3）、B區(qū)215m第5道混凝土/鋼支撐做留撐（圖4）。各區(qū)混凝土留撐腰梁永久植入側(cè)墻且需結(jié)構(gòu)封頂后拆除外凸部分，導致主體結(jié)構(gòu)無法順筑、施工縫滲水風險增大、施工時間增長、施工費用增加、后期留撐拆除難度增加等情況。針對此情況，研究實施了多種取消留撐施工技術(shù)，徹底實現(xiàn)工藝簡化、難度降低、質(zhì)量提高、進度加快、成本降低等目標。

圖1 取消留撐前（混凝土/鋼）留撐范圍平面示圖

圖2 A區(qū)第3道（混凝土）留撐典型斷面

圖3 C區(qū)第2道（混凝土）留撐典型斷面

圖4 B區(qū)第5道（鋼/混凝土）留撐典型斷面

2 常規(guī)明挖基坑與設(shè)置留撐明挖基坑簡介

2.1 常規(guī)明挖基坑施工簡介

常規(guī)明挖順筑基坑施工方法：開挖階段分段分層、由上而下、先撐后挖見底，結(jié)構(gòu)回筑階段自下而上、分層拆撐、逐層施工結(jié)構(gòu)至封頂，見圖5。該方法具有工藝簡單、工期短、安全性高、質(zhì)量好、造價低、適用地層廣等優(yōu)點，在建筑基坑工程中應用廣泛。

2.2 設(shè)置留撐明挖基坑施工簡介

設(shè)置留/換撐的明挖順筑法：開挖階段與常規(guī)明挖法相同，結(jié)構(gòu)回筑自下而上、保留支撐、逐層施工結(jié)構(gòu)、封頂后拆除留撐，見圖6。常規(guī)明挖基坑與留撐明挖基坑施工步驟對比，主要是留撐基坑需在結(jié)構(gòu)回筑期保留支撐，待封頂后鑿除，導致諸多問題產(chǎn)生。

3 案例工程設(shè)置留撐的主要問題分析

（1）車站總長810m，寬24~56m，最大深度24m，其設(shè)置留撐段長517m，占比63.8%，影響范圍大；

（2）混凝土留撐腰梁導致側(cè)墻混凝土需2次澆筑完成，施工時間增長、難度增加、人工成本增加較大；

（3）留撐腰梁與側(cè)墻澆筑時間間隔約2個月，存在不同齡期兩道接縫的混凝土構(gòu)件收縮、徐變差異大，接縫裂紋概率高，嚴重影響永久結(jié)構(gòu)質(zhì)量及使用性能；

（4）留撐需待頂板完成后拆除，導致結(jié)構(gòu)板支架被支撐分割，其整體性差，同時結(jié)構(gòu)支架不能按模數(shù)搭設(shè)，極大地增加了難度、時間、費用；

（5）留撐設(shè)置時需在下挖階段預先施作上翻結(jié)構(gòu)側(cè)墻以預埋止水帶，導致腰梁施工功效降低，嚴重制約開挖進度；

（6）留撐腰梁寬1000mm，側(cè)墻厚800mm，腰梁下方側(cè)墻澆筑需設(shè)置斜牛腿以確保混凝土骨料灌入及振搗，增加了非主體結(jié)構(gòu)留撐段腰梁范圍斜牛腿混凝土澆筑、鑿除工序，其費用增加較多、施工操作難度較大；

（7）留撐腰梁下方無法設(shè)止水鋼板，遇水膨脹止水膠+多次注漿+出氣孔難以保證混凝土密實和有效防水，多次注漿補救實施難度大、質(zhì)量保證難（一次注漿后無法再注漿）；

（8）留撐腰梁隔斷側(cè)墻導致側(cè)墻鋼筋接頭增多、無法按規(guī)范要求設(shè)置錯接，既增加成本又有損鋼筋連接性能；

（9）留撐與結(jié)構(gòu)板、中隔墻沖突，導致結(jié)構(gòu)回筑時結(jié)構(gòu)板與中隔墻無法順作，僅能封頂后施作，增大了站內(nèi)結(jié)構(gòu)工程量；站內(nèi)結(jié)構(gòu)施工受限無法快速高效推進，其施工難度大、工效低、成本高。

綜上所述，設(shè)置留撐情況下，導致施工難度、費用增加，施工進度、工效降低，工程質(zhì)量、結(jié)構(gòu)性能降低；針對此情況，探尋設(shè)置留撐情況下的深大基坑工程施工技術(shù)優(yōu)化對其高質(zhì)量、高效率、低成本實施極為必要和關(guān)鍵。

4 深大基坑工程取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化

案例項目地處高水位富水砂層區(qū)，孔隙潛水位距地表下1m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土隔水層距地表下16.8m。根據(jù)詳勘報告，坑外素填土水平滲透系數(shù)8×10-4cm/s，垂直滲透系數(shù)7.5×10-4cm/s；砂質(zhì)粉土水平滲透系數(shù)6×10-4cm/s，垂直滲透系數(shù)3.8×10-4cm/s；粉砂水平滲透系數(shù)5×10-3cm/s，垂直滲透系數(shù)4.5×10-3cm/s。根據(jù)杭州地鐵豐北站工程周邊環(huán)境情況、圍護及結(jié)構(gòu)設(shè)計、地層透水情況，并結(jié)合《滿堂支撐架體在深基坑換撐中的可行性分析》、《地鐵車站深基坑降水施工坑外地表沉降控制分析》、《斜拋撐在深基坑支護中的應用研究》等[2-5]相關(guān)研究分析，綜合實施項目取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化。

4.1 結(jié)構(gòu)板支架對撐取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化

4.1.1 核心控制方法

該項目的地鐵基坑寬24~56m、深13~24m且結(jié)構(gòu)交叉異形，基坑豎向設(shè)置多層鋼/混凝土留撐，無法正常進行明挖順筑施工。因基坑寬大異形，結(jié)構(gòu)板支架對撐的橫向軸力傳遞后衰減較大，單純依靠結(jié)構(gòu)板支架對撐軸力難以控制圍護變形，故此結(jié)構(gòu)板支架對撐取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化綜合采用四項核心控制方法以實現(xiàn)順作：

（1）結(jié)構(gòu)板支架對撐側(cè)墻以分攤圍護傳遞給主體結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力；

（2）坑外控制性降水以減少圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)土體側(cè)壓力；

（3）結(jié)構(gòu)跳段回筑封頂以避免圍護結(jié)構(gòu)因大范圍拆除留撐后破壞；

（4）自動化無線傳感監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)實時監(jiān)測、收集、分析，以準確預判風險。

4.1.2 實施方法要點

結(jié)構(gòu)板支架對撐取消留撐施工流程見圖7，主要實施方法要點如下：

（1）結(jié)構(gòu)板支架對撐側(cè)墻分攤側(cè)壓力。

①結(jié)構(gòu)底板施工完成后，優(yōu)先施工留撐下方可施工段側(cè)墻，留撐下方側(cè)墻采用結(jié)構(gòu)板支架對撐方式支撐，側(cè)墻澆筑后橫向?qū)沃Ъ懿贿M行松脫，起到預加軸力作用；

②待側(cè)墻強度達到設(shè)計要求后拆除上部留撐，以達到拆除留撐的軸力分攤至結(jié)構(gòu)板對撐支架且不損壞側(cè)墻結(jié)構(gòu)。

（2）坑外降水控制方法。

①根據(jù)工程具體情況及計算分析，坑外距基坑3m設(shè)置間距10m的深井降水，開挖見底時啟用深井降水，保證拆除留撐前15d內(nèi)靜水位降至地表下8m，以固結(jié)坑外土體增大土體自穩(wěn)能力，大幅降低圍護結(jié)構(gòu)側(cè)壓力[6]；

②設(shè)置坑外降水管理小組，安排專人管理控制性坑外降水；取消留撐段回筑期間，3次/日進行水位測量，雨期加密監(jiān)測至6次/日；

③坑外降水井采用獨立開關(guān)箱及自動水位監(jiān)測設(shè)備，同時標識明確開關(guān)箱對應降水井口編號，做到標識清晰、管理有效、操作便捷、抽排及時；

④配備專用雙路供電設(shè)備，并安排專業(yè)電工每日巡查設(shè)備工況，保持雙路供電設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，以達到坑外控制性降水24h運行。

（3）結(jié)構(gòu)回筑跳段避免大范圍失穩(wěn)。

結(jié)構(gòu)底板采取見底及封閉原則快速施工，僅底板以上主體結(jié)構(gòu)采取跳段方式。首先拆除一段結(jié)構(gòu)的留撐，保留相鄰段留撐，順筑先拆留撐段結(jié)構(gòu)封頂并達到強度后，再拆除相鄰段留撐順作結(jié)構(gòu)至封頂。

（4）監(jiān)測控制措施。

①將地下水位監(jiān)測納入必測項目，每日編制監(jiān)測報告，及時反饋坑外水位降深情況：對水位降深不滿足要求的降水井立即更換大功率水泵或增加降水井；坑外降水井安裝水位自動化監(jiān)測顯示設(shè)備，做到實時監(jiān)測動態(tài)控制。

②施工監(jiān)測采取自動化無線傳感監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)，同時開發(fā)使用“一種基于多種傳感器組合的基坑拆撐監(jiān)測系統(tǒng)”專利，可確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時收集、處理、分析，根據(jù)土體測斜、墻體測斜、墻頂位移、支撐軸力、地表沉降等變形監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，采取相應的應急措施。

（5）外排保通方法。

外排管網(wǎng)沿基坑環(huán)向設(shè)置管網(wǎng)30m/段留接收井點降水入水口，統(tǒng)一收集后排入市政管網(wǎng)以防止回流入控制性降水區(qū)地層，確?？刂菩越邓瞪睿粚ν馀殴芫W(wǎng)系統(tǒng)進行24h巡查，確保外排水通暢。

（6）必要的應急措施。

采取自動化監(jiān)測技術(shù)實時取得監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及基坑變形具體情況，采取增大坑外井降深、增加降水井、增設(shè)臨時支撐、降水井回灌、雙液注漿等應急處理方式應對突發(fā)情況，以控制監(jiān)測指標達標。

4.2 斜拋撐取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化

常規(guī)斜拋撐主要用于房建地下室寬大淺基坑工程中，而本項目基坑深度達24m、寬度達56m且豎向存在4~5道支撐，無法適用傳統(tǒng)斜拋撐。優(yōu)化后的斜拋撐由于主體結(jié)構(gòu)空間限制其架設(shè)角度和位置，導致斜拋撐軸力較大而水平反力提供不足，故案例項目在傳統(tǒng)斜拋撐的基礎(chǔ)上綜合運用四項核心技術(shù)措施實現(xiàn)取消留撐目的：①結(jié)構(gòu)板支架對撐側(cè)墻以分攤圍護傳遞給主體結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力；②坑外控制性降水以減少圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)土體側(cè)壓力；③結(jié)構(gòu)跳段回筑封頂以避免圍護結(jié)構(gòu)因大范圍拆除留撐后破壞；④自動化無線傳感監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)實時監(jiān)測、收集、分析，以準確預判風險。②~④項已在本文“4.1 結(jié)構(gòu)板支架對撐取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化”中介紹，不再贅述，本節(jié)主要介紹案例項目實施的非傳統(tǒng)斜拋撐取消留撐施工技術(shù)方法。

4.2.1 傳統(tǒng)斜拋撐工序

（1）圍護結(jié)構(gòu)設(shè)置斜拋撐支墩或預埋件→基坑盆式開挖→澆筑開挖部分底板并設(shè)置斜拋撐支承支墩或預埋件→安裝斜拋撐→開挖坑邊剩余土體→施作剩余底板→順作結(jié)構(gòu)至封頂→斜拋撐及其附件拆除。

（2）圍護結(jié)構(gòu)設(shè)置斜拋撐支墩或預埋件→基坑盆式開挖至斜拋撐支承樁體→支承樁設(shè)置斜拋撐支墩或預埋件→安裝斜拋撐→開挖坑邊剩余土體→整塊澆筑底板（斜拋撐嵌入結(jié)構(gòu)設(shè)止水環(huán)）→順作結(jié)構(gòu)至封頂→斜拋撐及其附件拆除。

4.2.2 案例項目斜拋撐優(yōu)化實施方法

基坑開挖及驗槽→結(jié)構(gòu)底板及預埋件施工→結(jié)構(gòu)側(cè)墻及預埋件施工→拆模養(yǎng)護→斜支座安裝→斜拋撐安裝→上部留撐拆除→順作結(jié)構(gòu)至封頂→斜拋撐及其附件拆除。

（1）替換原則：采取先安裝斜拋撐再取消留撐的方式，減少基坑變形以降低風險。首先根據(jù)原留撐位置高度確定側(cè)墻澆筑高度及斜拋撐角度，其后精確選擇斜拋撐底板和側(cè)墻支撐點位置。

（2）底板及側(cè)墻斜支座錨固鋼板嚴格按照確定的支撐點位置進行安裝，并根據(jù)斜拋撐水平分力和豎向分力大小，在錨固鋼板與混凝土接觸面上設(shè)置足夠的抗剪鋼筋。底板安設(shè)的錨固鋼板中部開孔以便于搗鼓密實增強支承力及摩擦力。

（3）斜支座安裝：斜支座安裝前清理并打磨預埋錨板，檢驗其位置、平整度、標高、混凝土密實度，合格后刻畫斜支座外輪廓線以準確定位。斜支座與錨板接觸各邊進行滿焊，同時在斜支座及錨板提供反力的根部處設(shè)置剪力銷。

（4）斜拋撐安裝：為保證斜拋撐軸向受力穩(wěn)定，其安裝的角度需與斜支座的板面傾斜度相匹配，斜拋撐與斜支撐接觸面處的縫隙采用鋼片或橡膠板墊實，完成后預加軸力。

（5）拆撐順作:監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后拆除留撐替換為斜拋撐受力工況，持續(xù)監(jiān)測替換后的基坑變形數(shù)據(jù)，無異常則進行結(jié)構(gòu)順作施工，施工至主體結(jié)構(gòu)框架完成并達到設(shè)計強度后拆除斜拋撐及其附件。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合案例項目詳細闡述地鐵車站深大基坑取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化實操應用，為類似深大異形基坑實現(xiàn)取消留撐施工提供有力理論及實踐支撐，開辟了復雜深大基坑內(nèi)支撐體系設(shè)計與施工的新思路、新方法?？偨Y(jié)得出如下結(jié)論：

（1）針對砂質(zhì)、粉砂質(zhì)等具有一定滲透性的土層，采取坑外控制性降水可有效提高坑外土體自穩(wěn)性能，減少基坑圍護結(jié)構(gòu)側(cè)壓力及變形。

（2）坑外控制性降水在減少圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)土體側(cè)壓力的同時，將引起基坑周邊10m范圍內(nèi)地表產(chǎn)生2~5cm沉降，實施前需探測分析周邊建構(gòu)筑物、管線、便道等的沉降要求是否允許或采取回灌措施。

（3）針對寬大異形深基坑，結(jié)構(gòu)板支架對撐軸力傳遞后損失較大，單純依靠結(jié)構(gòu)板支架對撐軸力難以控制圍護變形；斜拋撐支撐方式由于結(jié)構(gòu)空間限制，其架設(shè)角度、位置導致軸力較大而水平反力提供不足。兩種方式均配合降水、跳段、監(jiān)測等措施可有效分攤側(cè)壓力、控制變形、確保安全。

（4）結(jié)構(gòu)板支架對撐和斜拋撐取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化的研究應用，徹底消除了結(jié)構(gòu)側(cè)墻內(nèi)咬合不同材料或不同齡期混凝土，引起的內(nèi)襯墻開裂、滲水問題，提高了結(jié)構(gòu)安全使用性能及防水質(zhì)量。

（5）取消留撐施工技術(shù)優(yōu)化充分利用結(jié)構(gòu)施工支架體系或較短的斜拋撐支撐體系，以實現(xiàn)順作施工，避免封板后大量拆除站內(nèi)留撐、降低施工難度、縮短施工工期、減少施工成本、提高施工質(zhì)量。