某排桩支护深基坑利用地下结构的换撑技术

　　摘要：通过在深基坑围护挡土结构与地下室结构之间用钢筋混凝土传力带建立一种新的受力平衡，让围护结构在内支撑拆除前、后逐步实现结构内部应力的转移再分配，同时根据基坑监测数据来指导施工，是一种有效地保证基坑围护结构稳定、安全，降低围护成本的途径。

　　关键词：挡土结构，换撑技术，混凝土内支撑，传力带，位移监测

　　深基坑工程中的换撑技术，既不是待地下基础结构及填土完成后才拆除所有内支撑，而是在地下结构与围护挡土结构之间设置传力构造，利用地下基础结构梁和楼板的刚度来承担挡土结构传来的水压力、土压力，从而自下而上随结构施工逐层拆换内支撑，逐步取挥临时支撑作用的内支撑结构体系，是维护结构挡土部分的受力状况不至于发生太大变化，确保工程施工也就能继续安全顺利的进行。

　　一、工程概况

　　浙江某大厦是一幢高档写字楼，地上26层，地下2层，群房7层，建筑总高度为98.85m;采用桩承台和地梁拉结的整体筏板基础，地下室底板厚 600mm，核心筒框架结构。基坑平面约为80m×129m的多边形，开挖深度为11.3m，局部15.5m。局地质勘探取得的资料显示，本工程开挖深度范围内土质为砂质粉土和粉砂，局部夹杂有少量粘性土。根据《建筑地基基础施工质量验收规范》GB50202—2002中相关条文规定，本基坑的安全等级属于一级基坑，必须严格控制基坑的侧向位移和沉降变形，故围护体系方案的选定显得相当重要。

　　二、围护结构设计方案

　　2.1方案选择

　　根据地质条件、周边环境和工程特征，并结合本地区的基坑施工经验，设计采用了排桩和土钉墙复合围护结构。在基坑周圈用钻孔灌注桩排桩加土钉墙挡土，基坑西侧再加三轴水泥土搅拌桩做止水帷幕，坑内设一道钢筋混凝土水平内支撑，底板、地下一层楼板与围护桩之间设置传力带。

　　2.2结构设计

　　2.2.1平面布置

　　整体围护体系是由基坑周边排桩、现浇钢筋混凝土支护梁形成的角部斜撑和基坑长向中部对撑，以及插入钻孔灌注桩内的梁下钢格构柱组成的空间支撑体系。

　　2.2.2结构做法

　　土钉墙挡土结构做法如下：在-4.60m以上按1:0.3的坡度放坡，在-4.30m、-3.30m、-2.30m处分别锚入φ18、L=3m倾角为10°的钢筋土钉，水平间距为1.2m，坡面配φ6.5@200×200双向钢筋网，喷射100厚细石混凝土护面。

　　排桩结构做法如下：采用单排φ800@1000钻孔灌注桩排桩作支护挡土结构，再加一道钢筋混凝土水平支撑构成整个围护的受力体系。钻孔灌注桩嵌固深度分别为11m、11.2m,桩顶设1000×800(B×H)压顶梁。桩间采用L=2.5m、φ48×3.0的锚管，竖向间距1.5m,外挂φ6.5@200×200双向钢筋网，喷射80厚细石混凝土护面。西侧增加一排φ800@500高压旋喷水泥搅拌桩，桩底标高为-19.000m。基坑内外部共设93口φ300的自流深井进行降水。

　　内支撑结构做法：在-4.600m标高处设一道强度等级为C30的现浇钢筋混凝土水平内支撑，形式为角支撑加对撑，支撑梁断面分别为1000cm×800cm、900cm×800cm、700cm×800cm、600cm×700cm。

　　换撑结构做法：在基础底板与围护桩之间设置厚400的第一条传力带，用与底板相同强度的素混凝土先行浇筑;在地下一层楼板每根主梁与围护桩之间设置300(h)×2000(b)@600的钢筋混凝土第二条传力带，用与楼板相同的混凝土同时浇筑。

　　三、换撑原理及换撑方法分析

　　3.1换撑原理

　　据有关文献，深基坑支护结构中稳定挡土结构部分的方式分为内部支撑和外部拉结，大致上包含了自力式(悬臂无支撑)支护、锚拉式支护、土层锚杆、钢管和型钢水平支撑、斜撑、环梁支撑法、逆作法施工等七种类型。

　　钢筋混凝土内支撑是类似于钢管水平支撑的结构，当工程施工到一定程度，必须逐步把它全部拆除。在拆除之前，必须采用技术措施把它所承受的外力转移到有效地新的结构中去。换撑技术就是解决这一问题的方法之一，其原理就是使挡土结构与地下室结构在内支撑拆除前建立有机联系，形成整体，内支撑拆除时所释放的部分应力通过传力构件传递给具有足够承载能力的其他构件，从而达到新的受力平衡。也就是在挡土结构与已浇筑完成达到一定强度的地下室结构之间设置刚性的水平、斜向支撑件或者回填土时等，把原来由内支撑承担的荷载传递到地下室结构和挡土结构中去，并使挡土结构在此转换过程中承担的内力不至于发生突变以达到挡土结构受力状态保持平衡、稳定，基坑变形能得到有效控制，确保基坑施工安全、降低围护费用的目的。

　　3.2换撑方法分析

　　一、斜撑换撑，常采用钢梁斜撑，在地下室底板上浇钢筋砼牛腿，并预埋钢板预埋块，另一端有化学锚栓在钢筋砼桩上后植钢板预埋块，钢梁应与两端钢板预埋块满焊连接。其缺点：1、遇到外墙与支护桩的水平距离较窄，钢梁斜撑要穿过外墙。需留设外墙预留洞，留下外墙渗漏水隐患。2、由于钢支撑单独设置，整体性较差，容易被基坑变形破坏，特别在基坑转角处根据基坑受力变形情况，多设置斜撑，最终达到基坑变形有限控制。其优点：1、施工方便，经济投入少，不影响工期。2、与其它换撑方法一起应用，可以根据现场基坑变形实际情况，适当在地下室底板上预先设置牛腿支撑点，可做为基坑变形应急措施方案之一。

　　二、采用在坑内回填土石料的方法来进行换撑，其特点是传力带的受力均匀性好，但实际施工时，往往防水施工介入较晚，且回填料密实度很难控制，对较大基坑的内力传递无法保证，因此回填料作传力带只能作辅助只用。

　　三、直接采用水平刚性构件换撑梁、板进行换撑，将支护桩的部分应力用过基础、楼板梁转移的地下室结构，具有受力效果好、施工简单又无需进行拆除施工的优点，因此在工期较紧的工程较为合适。

　　经综合考虑，本工程实际采用基础底板、地下一层现浇梁板结构和围护结构之间设置二道现浇钢筋混凝土传力带来实现换撑技术。

　　四、换撑施工

　　4.1换撑施工的原则

　　换撑施工必须以基坑监测数据和混凝土强度报告的实测数据为指导，必须遵循先深后浅、先支后拆的原则，必须按设计要求施工使支护结构的受力状态符合设计工况。还应合理安排施工进度，使挖土、支撑、地下结构、传力带施工和内支撑结构拆除实现平衡流水作业。地下室施工期间还必须保持基坑降水系统的有效运行。

　　4.2施工质量要求

　　4.2.1土方开挖时采取多点勤测的方法严格控制机械挖土的标高，避免超挖，基底30cm以内的土方改用人工配合挖土机械清底抄平。

　　4.2.2与传力带接触的围护桩表面的泥皮、浮渣必须清理干净，凿出鲜明的混凝土表面。

　　4.2.3第一条传力带底部要做好垫层，防止底板施工期间雨水、局部漏水冲刷表面，造成砂性的土粒被带入基础承台和地梁内。

　　4.2.4第二条传力带必须定位准确，其平行与地下一层主梁方向的中心线要与中间的钻孔灌注桩中心对齐，以保证压应力基本沿轴心传递。

　　4.2.5第二条传力带的钢筋一端与钻孔灌注桩主筋焊接，另一端接受拉要锚入地下室外墙板，焊缝的长度、饱满度以及钢筋的锚固长度必须达到有关规范的要求。

　　4.2.6第二条传力带的模板支撑系统必须保证牢固可靠，与灌注桩交接处间隙不得超过5mm,确保混凝土浇捣时模板不产生变形、漏浆、跑模等质量问题。

　　4.2.7混凝土施工按地下室结构施工的要求进行，施工期间安排专人进行浇水养护7天以上。

　　五、内撑拆除

　　5.1内撑拆除原则

　　内撑拆除时遵循先次梁后主梁在围梁，角撑拆除由角部开始，跳一拆一、两角撑对称拆除;对撑拆除按先中间一道后连梁在侧边两道;传力带的混凝土强度必须达到80%以上的设计强度。

　　5.2拆除方法

　　结合本地下室结构特点和施工进度要求，决定采用人工风镐拆除的方法。虽然该方法施工作业时有振动大、噪声大、易产生扬尘、速度慢的缺点，但是该方法可控性强，当拆除过程中基坑监测出现预警情况时，能够立即停止作业，采取应急措施消除危险以保证基坑的安全施工，而且该方法能够满足该地下室结构流水施工的要求。

　　5.3拆除顺序

　　5.3.1支撑拆除按照流水平衡施工的进度安排，从西部角撑到中部对撑再到东部角撑依次进行。

　　5.3.2每段斜撑或对撑混凝土梁拆除时，首先拆除与其相连的次梁，而后在拆除主梁。每段拆除时，用风镐破除梁的上层和侧面混凝土，待上层主筋、腰筋和箍筋全部露出后再用气割逐段割断，然后再用风镐破碎梁芯部混凝土，最后再把梁底层钢筋和钢格构柱逐步割除。

　　5.3.3拆除后的破碎混凝土用1.5×1.5×0.4m的钢料斗及时吊运装车请出场外，拆下的废旧钢材及时整理吊运出现场放置到专门的场地。

　　六、效果检验

　　经过对施工期间基坑变形监测数据分析，得出基坑边形有以下特点：

　　6.1基坑壁侧向位移在整个基础施工期间呈逐步递增的态势，在第二层土方开挖至底板尚未浇好的数天时间内出现了较快的变化，刚开挖至底板时甚至有突变，大部分的水平位移量都是在这一时段产生，地下室底板施工完毕后，基坑围护体系趋于稳定。这说明第一条传力带能明显改善围护结构的受力状况，限制其变形增长的速度。

　　6.2在支撑梁拆除期间，拆除部位当天的基坑壁侧向位移稍有快速增加，一般为3mm~5mm,随后便趋于稳定。这说明支撑梁拆除后的荷载经第二条传力带有效地转移到围护结构的地下结构中去，第二条传力带起到了传递内力作用。

　　6.3以第一次施测数据为基准，基坑深层位移最大相对值有较大的变化，最大值约为最小值的3倍;每一测点位移较大的深度范围约在基地至支撑梁标高区间，说明基坑的侧向位移变化和受力基本与设计的工况相符。

　　七、总结

　　通过对内支撑拆除前后，基坑位移、沉降监测数据的分析，可以印证钢筋混凝土换撑技术是深基坑施工中合理利用挡土结构和地下室结构分散土压力，确保基坑施工安全，实现降低工程围护成本的有效方法。在基坑开挖至设计标高时，由于被动土压力的快速降低，已引起坑壁突然产生相对大的位移，凡基坑施工达到这种状态时，应引起高度警惕，加强基坑变形观测，调整施工进度，必要时做好人员、物资等应急准备工作。可见利用深基坑换撑技术是一种有效的保证基坑围护结构稳定、安全，降低围护成本的途径。

　　参考文献：

　　[1]建设综合勘察研究设计院.JGJ8-2007建筑变形测量规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2007.

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　　[3]余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].中国建筑工业出版社.1997.

　　[4]中国建筑科学研究院.JGJ120-1999.建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.

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