胡賀祥,繆應(yīng)璟,宋志強(qiáng),劉克文,徐中華,阮永芬

(1.中國建筑一局(集團(tuán))有限公司,北京 100161; 2.云南建投第一勘察設(shè)計(jì)有限公司,云南 昆明 650051;3.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司上海地下空間與工程設(shè)計(jì)研究院,上海 200002;4.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650051)

1 工程概況

昆明市綜合交通國際樞紐建設(shè)項(xiàng)目位于昆明市官渡區(qū),是昆明市創(chuàng)建國家“公交都市”的重要支撐和TOD模式的試點(diǎn)項(xiàng)目。項(xiàng)目基坑工程為超大規(guī)模深基坑,造價(jià)4.5億元,是云南省目前規(guī)模最大、最具挑戰(zhàn)性的建筑基坑工程?；涌偯娣e5.6萬m2,周長1 109m,普遍坑深18m,土方量110萬m3,采用地下連續(xù)墻+3道七圓環(huán)內(nèi)支撐的支護(hù)形式,七圓環(huán)布置與塔樓位置基本一致(見圖1),可實(shí)現(xiàn)6棟塔樓先行施工,是世界上環(huán)數(shù)最多的整體耦合受力基坑內(nèi)支撐工程。

圖1 昆明交通樞紐項(xiàng)目基坑

基坑安全等級(jí)為一級(jí),變形控制嚴(yán)格,設(shè)計(jì)工作年限為2年。地下連續(xù)墻普遍區(qū)域墻厚1 000mm,槽段之間普遍采用H型鋼接頭,西側(cè)緊鄰既有建筑區(qū)域墻厚1 200mm,在該區(qū)域地下連續(xù)墻冠梁處增設(shè)1道水平角撐和1道豎向斜拋撐。豎向支撐系統(tǒng)采用鉆孔灌注樁內(nèi)插角鋼格構(gòu)柱的形式,立柱采用型鋼格構(gòu)柱。首道水平支撐兼作施工棧橋和材料堆場使用,設(shè)置250mm厚封板;第2,3道支撐局部設(shè)置加強(qiáng)板帶;第1道支撐至自然地坪設(shè)置4道棧橋,第1道支撐至第2道支撐頂設(shè)置1道棧橋,第2道支撐至基底采用預(yù)留土方坡道,基坑典型剖面如圖2所示。

圖2 基坑典型剖面

2 重難點(diǎn)分析與應(yīng)對(duì)措施

2.1 內(nèi)支撐規(guī)模超大,支撐拆除量巨大

基坑工程造價(jià)4.5億元,內(nèi)支撐規(guī)模超大,內(nèi)支撐混凝土用量3.3萬m3,鋼筋用量7 600t,與8度區(qū)8萬m2住宅小區(qū)的鋼筋混凝土用量相當(dāng)。

由于單層支撐拆除工程量較大,為了縮短因支撐拆除影響的地下室結(jié)構(gòu)施工工期,將項(xiàng)目整體分為A,B,C,D 4個(gè)區(qū),每個(gè)區(qū)再細(xì)分為6～7個(gè)施工段,配置多個(gè)班組同時(shí)進(jìn)行拆除作業(yè)。

2.2 耦合受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜,安全風(fēng)險(xiǎn)控制難度大

七圓環(huán)組合環(huán)撐之間耦合受力,傳力路徑復(fù)雜,拆除時(shí)耦合受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜。不完整的環(huán)撐體系承載力大幅降低,無法對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成有效支撐,且拆除時(shí)間過長,會(huì)加大基坑的變形。同時(shí),首道支撐距地下連續(xù)墻頂4.5m,拆除首道支撐后,地下連續(xù)墻懸臂6.3m,周邊環(huán)境變形安全風(fēng)險(xiǎn)大。

由于基坑變形安全風(fēng)險(xiǎn)大,項(xiàng)目通過計(jì)算復(fù)核,采取“先次后主”的拆除原則,精細(xì)排布拆除順序。對(duì)計(jì)算受力集中或強(qiáng)度不足部位(斜拋撐)采取增加臨時(shí)支撐的措施進(jìn)行加強(qiáng)。

2.3 周邊環(huán)境復(fù)雜,變形控制要求高

項(xiàng)目緊鄰既有高層建筑、地鐵、高架、市政道路、地下管線及河流,對(duì)變形敏感,保護(hù)要求高。場地南側(cè)為在建地鐵6號(hào)線東郊路,東南角距區(qū)間隧道僅12m;東側(cè)為在建地鐵4號(hào)線菊花村站及其附屬設(shè)施、已建清水河改造工程;北側(cè)為現(xiàn)狀金汁河明渠;西側(cè)為云南省交通中心醫(yī)院和多層老舊小區(qū),距基坑僅約13m,如圖3所示。

圖3 基坑周邊環(huán)境平面(單位:m)

由于周邊環(huán)境復(fù)雜,基坑變形控制要求高,項(xiàng)目調(diào)整拆除區(qū)域,對(duì)于敏感部位,在周圍結(jié)構(gòu)完成后,再拆除該處內(nèi)支撐。對(duì)變形敏感部位采取臨時(shí)加固措施,增加鄰近基坑邊的后澆帶內(nèi)換撐,并在基坑西側(cè)原鋼斜撐設(shè)置換撐,確保支撐拆除時(shí)周邊環(huán)境穩(wěn)定。

2.4 多層泥炭質(zhì)土,拆除過程安全風(fēng)險(xiǎn)大

昆明是為數(shù)不多的市區(qū)就下伏泥炭土的城市。昆明滇池地區(qū)泥炭土具有天然重度小、含水率高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn),是土木工程中性質(zhì)極差的特殊軟土。泥炭土的主要揭露點(diǎn)多位于昆明市北部區(qū)域,昆明綜合交通國際樞紐建設(shè)項(xiàng)目即位于此區(qū)域,基坑開挖深度范圍內(nèi)存在多層泥炭土,對(duì)基坑安全和變形影響大。

針對(duì)變形控制難度大的問題,項(xiàng)目采用對(duì)周邊環(huán)境影響小的靜力繩鋸切割作為主要拆除方式。通過三維受力分析,確定先次后主的拆除順序:次梁→環(huán)撐→角撐→對(duì)撐。掃除枝葉,保留骨架,對(duì)撐周邊主體結(jié)構(gòu)完成后拆除對(duì)撐。加強(qiáng)拆除過程中的基坑監(jiān)測頻率和預(yù)警機(jī)制。

3 整體施工部署

3.1 支撐拆除方法選擇

本工程內(nèi)支撐拆除屬于關(guān)鍵線路的分項(xiàng)工程,由于支撐體系復(fù)雜,內(nèi)支撐拆除工作量大,如不能合理安排,極易影響主體結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)度。混凝土內(nèi)支撐拆除一般采用繩鋸切割、機(jī)械破除和爆破拆除的方式。各項(xiàng)工藝特點(diǎn)如表1所示。

表1 工藝可實(shí)施性分析

鋼筋混凝土支撐拆除最終采用無損靜力繩鋸切割、封板采用金剛石碟式切割設(shè)備切割、節(jié)點(diǎn)位置采用鑿巖機(jī)配合人工風(fēng)鎬破碎。繩鋸切割拆除成本略高,但方便清理場地,方便流水施工,占主線路工期較少,無噪聲擾民情況,綜合考慮項(xiàng)目運(yùn)營成本,繩鋸切割效益較好,具體工藝造價(jià)對(duì)比如表2所示。

表2 工藝造價(jià)對(duì)比明細(xì)

鋼筋混凝土支撐拆除均采取繩鋸切割吊運(yùn),支撐拆除大面上采用繩鋸切割+叉車駁運(yùn)+汽車式起重機(jī)外運(yùn)。為縮短工期,局部位置可增大切割單元尺寸。待所有支撐梁的下部搭設(shè)馬凳完成后,方可進(jìn)行切割拆撐施工,拆撐總體順序與主體結(jié)構(gòu)施工順序一致。

3.2 支撐拆除分區(qū)及順序

3.2.1水平分區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工工況,對(duì)原基坑設(shè)計(jì)計(jì)算文件進(jìn)行分析,同時(shí)根據(jù)主體施工分區(qū),將內(nèi)支撐分為4個(gè)區(qū)(見圖4),每區(qū)分為6～7個(gè)施工段(見圖5),由于首道支撐需考慮場地轉(zhuǎn)換等問題,與第2,3道內(nèi)支撐拆除分區(qū)不同。

圖4 內(nèi)支撐拆除分區(qū)

圖5 內(nèi)支撐拆除分段

4個(gè)大區(qū)同時(shí)施工,保證有4個(gè)以上的分段施工,每個(gè)大區(qū)按照分段序號(hào)順序先后施工,每個(gè)分段按先角部后中間,先環(huán)梁后支撐梁,最后腰梁的原則順序進(jìn)行。

3.2.2切割分段

支撐按照地下室樓蓋的承載力進(jìn)行分段切割。切割后的混凝土塊不超過樓板允許承載力,以確?；炷翂K體在吊離前的安全。

根據(jù)現(xiàn)場汽車式起重機(jī)及塔式起重機(jī)的設(shè)置確定支撐梁的切割質(zhì)量(5～8t較安全經(jīng)濟(jì))。再根據(jù)支撐截面尺寸及計(jì)劃切割質(zhì)量確定切割長度,對(duì)支撐切割段進(jìn)行順序標(biāo)記。

3.2.3拆撐整體順序

由于基坑較大且內(nèi)支撐耦合受力,為減小基坑變形,按最后拆除主對(duì)撐的方式,先拆除圓環(huán)周圍的環(huán)撐與腰梁,保留主對(duì)撐;同時(shí)采用跳拆的方式,完成一個(gè)施工段的拆除施工,暫時(shí)保留相鄰區(qū)域支撐,立即進(jìn)行相應(yīng)主體結(jié)構(gòu)施工,完成換撐。4個(gè)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行,拆除過程中嚴(yán)格監(jiān)測基坑變形,根據(jù)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步拆除區(qū)域安排,最大程度減小拆除施工對(duì)基坑的影響,拆除步驟如圖6,7所示。

圖6 第2,3道支撐拆撐順序

圖7 首道支撐拆撐順序

首道支撐拆除涉及場地轉(zhuǎn)換,考慮場內(nèi)堆場與道路情況,需采用“退拆”的順序進(jìn)行,環(huán)撐與腰梁拆除順序與第2,3道支撐一致,保留對(duì)撐作為場內(nèi)道路,對(duì)撐拆除時(shí)先拆除遠(yuǎn)離下坑坡道一端,然后向靠近坡道一端退拆,同時(shí)及時(shí)完成主體結(jié)構(gòu),形成換撐,最后拆除下坑坡道。

3.2.4拆撐局部順序

為減小變形,支撐局部位置拆除遵循“分清主次、對(duì)稱拆除;先拆次要桿件、再拆主要桿件”的原則,按照先拆環(huán)撐,后拆對(duì)撐、角撐,最后拆腰梁的順序進(jìn)行,拆除與腰梁連接的桿件時(shí),采用隔一拆一的方式使支撐整體均勻卸載,不致受力轉(zhuǎn)換過程中因局部受力過大而產(chǎn)生較大變形,威脅基坑安全。局部拆撐順序如圖8所示。

圖8 局部拆撐順序

4 拆除施工輔助施工技術(shù)

4.1 位移敏感區(qū)鋼斜撐換撐技術(shù)

基坑西側(cè)存在高層醫(yī)院,基坑邊荷載較大,同時(shí)該處位于基坑陽角位置,圍護(hù)體剛度較小。由于首道支撐距地下連續(xù)墻頂4.5m,基坑階段在該處地下連續(xù)墻與首道支撐之間設(shè)置了鋼拋撐減小基坑變形,經(jīng)計(jì)算分析,拆除時(shí)進(jìn)行臨時(shí)鋼斜撐換撐可大幅減少對(duì)高層醫(yī)院建筑的影響。

鋼拋撐采用隔一拆一的方式,先拆一部分,變形穩(wěn)定后再拆下一批次。換撐共17根,采用BIM模型確定鋼拋撐位置,避開支撐與豎向主體結(jié)構(gòu),完成換撐施工后,進(jìn)行鋼拋撐的拆除施工,如圖9所示。經(jīng)計(jì)算采用鋼換撐后,對(duì)基坑變形控制明顯。

4.2 切割塊水平轉(zhuǎn)運(yùn)的樓蓋協(xié)同承載技術(shù)

內(nèi)支撐拆除階段,切割下來的支撐段,由叉車經(jīng)樓蓋短駁至吊裝位置。為保護(hù)樓蓋結(jié)構(gòu),樓板下方滿堂鋼管腳手架模板支撐不拆除(第2道支撐拆除時(shí),保留地下3層全部模板支撐體系;第3道支撐拆除時(shí),保留地下2層全部和地下3層部分模板支撐體系),且叉車行駛路線上鋪設(shè)3m×3m的5mm厚鋼板,以增加結(jié)構(gòu)樓板承載力。

如單純考慮模板體系支撐,桿件較密成本較高,因此考慮支撐體系與結(jié)構(gòu)樓板協(xié)同受力。建立協(xié)同受力模型,如圖10所示。經(jīng)計(jì)算,適當(dāng)減小立桿間距后,受力模型滿足承載要求。樓板不能承擔(dān)叉車所有荷載,需設(shè)置支撐體系,通過支撐體系與結(jié)構(gòu)協(xié)同受力,協(xié)同受力滿足要求。

圖10 樓板與支撐協(xié)同受力模型

4.3 BIM輔助繩鋸切割點(diǎn)布置技術(shù)

由于支撐量較大,人工對(duì)支撐進(jìn)行切割點(diǎn)排布工作量大,因此工程采用BIM技術(shù)輔助支撐拆除。

利用Revit軟件對(duì)基坑支護(hù)體系進(jìn)行建模,如圖11所示,模型共分10 094段。使用軟件導(dǎo)出構(gòu)件明細(xì)表,根據(jù)切割長度對(duì)支撐梁進(jìn)行分段標(biāo)號(hào),計(jì)算切割刀數(shù),再根據(jù)施工區(qū)域及施工計(jì)劃,計(jì)算所需設(shè)備數(shù)量及型號(hào)。

圖11 混凝土支撐模型

5 實(shí)施效果

綜合使用內(nèi)支撐拆除施工關(guān)鍵技術(shù)后,項(xiàng)目有效拆除工期3個(gè)月完成了全部內(nèi)支撐拆除工作,經(jīng)過全過程監(jiān)測,拆撐前后墻頂位移差值小于8mm,如圖12所示,整個(gè)基坑及周圍環(huán)境變形可控。

圖12 支撐拆除前后水平變形

通過以上技術(shù)的應(yīng)用,自土方開挖至內(nèi)支撐拆除完成的整個(gè)基坑施工過程,緊鄰基坑12m的地鐵區(qū)間軌道道床最大豎向位移為4.5mm,最大水平位移為4.6mm(見圖13),滿足6mm的變形要求,保障了地鐵的正常運(yùn)營。多圓環(huán)內(nèi)支撐成套施工技術(shù)與安全控制技術(shù)的應(yīng)用,解決了泥炭土地層毫米級(jí)變形控制條件下,超大深基坑七圓環(huán)內(nèi)支撐整體耦合受力轉(zhuǎn)換的難題。

圖13 軌道道床變形監(jiān)測曲線

6 結(jié)語

1)為保證基坑內(nèi)支撐的快速安全拆除,以“兩縱兩橫”為主要傳力骨架,提出“先次后主”的內(nèi)支撐拆除原則,采用“原路撤退、對(duì)稱拆除”的拆除順序。

2)對(duì)比了繩鋸切割、機(jī)械破除和爆破拆除3種工藝的優(yōu)缺點(diǎn),綜合工期、成本、環(huán)保、結(jié)構(gòu)擾動(dòng)等因素,選擇繩鋸切割拆除工藝。

3)創(chuàng)新拆除步序,拆除和地下結(jié)構(gòu)施工各分為對(duì)應(yīng)的4個(gè)區(qū)域流水進(jìn)行;第2,3道撐采用分區(qū)分段拆除方式,詳細(xì)排布拆除步序;首道支撐涉及到大量封板和場地轉(zhuǎn)換,采用“掃除枝葉,保留骨干”的拆除方式。

4)采用位移敏感區(qū)鋼斜撐換撐技術(shù)、切割塊水平轉(zhuǎn)運(yùn)的樓蓋協(xié)同承載技術(shù)、BIM輔助繩鋸切割點(diǎn)布置技術(shù)3種輔助施工技術(shù)。

5)通過以上技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟弱泥炭土超大規(guī)模深基坑對(duì)緊鄰地鐵影響的毫米級(jí)變形控制,為超大型項(xiàng)目的混凝土內(nèi)支撐拆除提供了良好范例。