后拆撐式型鋼-混凝土雙圍檁基坑支護體系和施工方法研究

王 軍 華 燕

1. 上海市城鄉(xiāng)建設和交通委員會科學技術委員會辦公室 上海 200032；2. 上海建瓴工程咨詢有限公司 上海 200032

1 工程概況

上海悅合國際廣場位于上海市嘉定區(qū)曹安公路以南、S20公路以東，虬江河以北圍合的地塊。由1#辦公樓、2#、3#、4#公寓式辦公樓、多層商業(yè)建筑組成，其中1#辦公樓為地上19層，2#、3#、4#公寓式辦公樓為地上17 層，商業(yè)建筑為地上2～3層，整個場地統(tǒng)設2 層地下室。地下室1、2層層高分別為10.5 m、5.0 m，部分地下1層設有夾層?；貣|側(cè)靠近曹安國際商城和錦銀購物中心，與地下室外邊線距離分別為6.5 m和11.2 m；南側(cè)距離虬江河護岸約25.8 m；北側(cè)曹安路下有多條管線。深基坑周邊環(huán)境條件較復雜。

本基坑開挖面積約為37 130 m2，形狀很不規(guī)則；開挖深度為16.95 m（1#～4#主樓區(qū)域）、16.25 m（裙房區(qū)域），局部深坑開挖深度為17.6～20.5 m。深基坑安全等級為一級，環(huán)境保護等級為二級。設計采用大直徑鉆孔灌注樁排樁加三軸水泥土攪拌樁隔水帷幕進行圍護，坑內(nèi)沿豎向設置3 道鋼筋混凝土支撐，采用明挖順作法施工。據(jù)業(yè)主單位對主體結構進度要求，設計分為A、B、C 3 個區(qū)進行分區(qū)圍護、架設支撐和挖土施工，見圖1，先同時施工A區(qū)和C區(qū)，再施工B區(qū)。

圖1 基坑圍護分區(qū)

2 工程難點

根據(jù)該場地的地質(zhì)勘察、周邊環(huán)境條件和地下室主體結構情況，該基坑存在以下三方面的難點：

一是場地淺部②3-1黏質(zhì)粉土層和②3-2砂質(zhì)粉土層厚度超過10 m，基坑防滲止水要求高，對大直徑鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量要求高，稍有不慎，易發(fā)生滲漏問題，影響周邊環(huán)境和基坑安全。

二是基坑面積大，開挖深度深，影響范圍大，周邊環(huán)境條件較復雜，南側(cè)虬江河駁岸和橋梁、北側(cè)曹安路下的管線有一定的保護要求；東側(cè)國際商貿(mào)城、錦銀購物中心距離本基坑較近，且僅設1 層地下室，比本基坑開挖深度淺，須防止發(fā)生不利影響。

三是由于地下1層層高達10.5 m，且大范圍的夾層樓板缺失，由圖2所示支撐和主體梁板結構位置關系可見，按3 道水平混凝土支撐布置，第1道支撐無樓板可利用作為換撐板帶，第2道支撐必然存在換撐或后拆問題。專家組評審時也一致認為，該基坑面積大，開挖深度大，無論采取換撐還是后拆措施，都存在較大的難度，對該基坑施工的安全、質(zhì)量、費用、工期等都有重大的影響。

圖2 支撐與主體結構梁板位置關系

通過研究分析和借鑒以往類似工程的實踐經(jīng)驗，我們針對深厚砂性土層中的大直徑鉆孔灌注樁成樁施工，通過采取三軸攪拌樁內(nèi)套打的措施解決；針對深大基坑和周邊環(huán)境的保護，通過分區(qū)圍護，劃大為小，精心設計和施工，加強監(jiān)測和信息化施工，能夠保證周邊管線、河岸、房屋的安全。而對于夾層缺失區(qū)域的換撐或后拆撐問題，因常規(guī)的鋼支撐和或混凝土支撐均存在不足，故妥善解決換撐或后拆撐問題，是本基坑工程施工難點中的重點。

3 換撐或后拆撐技術路線[1-4]

3.1 換撐

一般情況下，基坑工程遇到換撐時多采用型鋼支撐或鋼管支撐，預埋防水片，外墻施工時澆筑在墻體內(nèi)，支撐拆除時割斷鋼支撐，有利于外墻施工，防水措施較為成熟。該基坑曾考慮采取雙榀型鋼斜支撐進行第1道支撐換撐。由于采用鉆孔灌注樁圍護，需要再設圍檁，此外，型鋼斜支撐需穿越地下2層樓板支承在底板上，故該方法設計和施工均較復雜，且效果難以控制。

同時，該基坑又考慮采用在地下2層頂板上方的夾層處設置水平支撐換撐。若采用鋼支撐，由于基坑分區(qū)面積較大，尤其是A區(qū)，則鋼支撐布置將會比較密集，用量大，原有格構柱數(shù)量也不足，施工較為繁瑣。若第2道支撐拆除后，在地下2層樓板上方的夾層處增設水平混凝土支撐，支撐參數(shù)和布置類似第2道支撐。該方法雖然能較好解決支撐的受力問題，但是需要增加大量的混凝土支撐，而該混凝土支撐施工需要利用地下2層樓板設置水平支架系統(tǒng)進行澆筑，所需工作量較大，且外墻與圍檁連接處防水處理較為困難，質(zhì)量不易保證。

由此可見，該基坑采取換撐措施，無論是鋼支撐還是混凝土支撐，均需要增加大量的工程量，且施工繁瑣，也不利于外墻施工質(zhì)量和防水質(zhì)量。

3.2 后拆撐

鑒于換撐存在的問題，我們遂考慮采取后拆撐措施。但按一般的后拆撐工藝，也同樣存在一些問題，如若第1道支撐不拆除，由于地面標高變化較大，第1道支撐要求落低較多，同時，第1道支撐上要設置棧橋，結構墻體的施工難度將比換撐措施更大。

倘若第2道支撐不拆除，外墻回筑施工時無法穿越圍檁，加之外墻的節(jié)點施工非常復雜，防水措施難以到位。但是不難發(fā)現(xiàn)，第2道支撐后拆的不利因素相對較少，只要解決好外墻施工和防水施工與支撐系統(tǒng)之間的矛盾，則第2道支撐后拆將是最節(jié)省支撐材料和工作量的方法，而鋼支撐穿墻還是有利于解決外墻施工和防水質(zhì)量問題的。按照該思路，經(jīng)與基坑設計單位反復研究，提出了在圍檁上解決問題的技術路線，即后拆撐式型鋼-混凝土雙圍檁基坑支護體系和施工方法（發(fā)明專利編號：201110335482）。

3.3 后拆撐式型鋼-混凝土雙圍檁基坑支護體系及施工方法

該支撐體系包括位于基坑內(nèi)的圍護墻、位于圍護墻內(nèi)側(cè)的多根水平支撐、固定于圍護墻上的圍檁、固定于水平支撐上的圍檁等。多根水平布置的型鋼，排列于雙圍檁之間；結構墻內(nèi)的豎向鋼筋，從型鋼與雙圍檁之間的間隙自下而上穿過。在回筑階段，上述結構一直保留，直至地下主體結構水平受力體系形成。在支撐圍護墻時，割除結構墻內(nèi)側(cè)伸出的部分型鋼，移除整道鋼筋混凝土支撐。該支護體系可保證基坑開挖階段水平支撐體系達到受力要求，抵制橫向變形，加快施工進度，降低成本，提高施工質(zhì)量。

4 后拆撐式型鋼-混凝土雙圍檁在本基坑中的應用

4.1 雙圍檁做法

通過計算分析，靠近圍護墻一側(cè)的外圍檁采用400 mm×800 mm，內(nèi)側(cè)圍檁與常規(guī)圍檁相同，采用1 500 mm×800 mm，兩者之間距離以保證外墻施工和防水施工操作空間為標準，型鋼采用350 mm×350 mm×12 mm×19 mm，型鋼間距通過計算確定為2 m。為保證型鋼與混凝土連接可靠，在混凝土內(nèi)、外側(cè)圍檁內(nèi)預埋鋼板，與型鋼焊接。雙圍檁構造見圖3。

4.2 防水處理

由于型鋼穿墻處有部分需埋在結構外墻內(nèi)，故在滿足結構受力的情況下，型鋼穿墻處的防水處理十分關鍵。為保證防水可靠，采用2 塊厚4 mm鋼板作為止水片與型鋼焊接而成，滿焊，焊縫高度均為4 mm。

主體結構完成后割除雙圍檁中的型鋼，外墻外側(cè)鋪貼柔性防水層，使外墻面的柔性防水層形成整體，以保證防水效果。

圖3 型鋼-混凝土雙圍檁節(jié)點

4.3 墻體加強配筋

因型鋼處原設計墻體鋼筋被截斷，故在型鋼周邊設置Φ20 mm加強筋，并在型鋼四角的墻體內(nèi)外兩側(cè)增設斜向Φ20 mm加強筋，見圖4，以保證墻體受力可靠。

圖4 型鋼周邊加強配筋

4.4 雙圍檁施工

雙圍檁施工時，與常規(guī)的圍檁施工類似，即在底模完成后綁扎鋼筋籠，并預先埋設好與型鋼焊接的鋼板，再將焊接好防水片的型鋼與預埋鋼板焊接。之后搭設混凝土圍檁的側(cè)模，澆筑混凝土，待達到強度要求后再拆模?，F(xiàn)場施工情況中，一段是澆筑好拆模的雙圍檁體系，一段是未拆模的雙圍檁體系。支撐拆除時，割斷型鋼，按常規(guī)工藝爆破或鑿除處理。

5 結語

本工程深基坑通過采用創(chuàng)新性的后拆撐式型鋼-混凝土支護體系及施工方法，降低了后拆撐體系在結構回筑階段的施工難度，解決了樓板缺失區(qū)域的支撐后拆除難題，確保了支撐系統(tǒng)的受力安全，加快了施工進度，節(jié)省了工程造價，保證了施工質(zhì)量，取得了良好的綜合效益。同時，后拆撐式型鋼-混凝土雙圍檁基坑支護體系和施工方法也為超大面積深基坑支撐體系設計與施工提供了新的思路。