随着城市化进程的不断深入,高层建筑越来越多,相应的基坑也越来越深。多数高层建筑位于城市的中心区域,周边环境较复杂,深基坑多采用围护墙(桩)加混凝土内支撑的支护形式。当前高层建筑施工中,都将主楼正负零节点或主体封顶作为重要的建设和营销节点。因此,大部分高层建筑在条件允许的情况下,都会优先完成主楼的地下室结构,随后裙房区同步施工。但是,常规设计基坑的拆换撑施工方法很难保证节点工期提前。本文结合广州某超高层建筑主楼区域基坑混凝土内支撑拆除的施工经验,总结了一种可以有效加快主楼区域基坑拆换撑的施工方法。

本工程位于广州市海珠区沥滘振兴大街,总建筑面积约15.4万m²,地上包含1栋43层主楼和1栋5层裙楼。主楼高度207.9m,裙楼高度38.3m。

本工程基坑面积约15 561m²,基底开挖深度14.5m。基坑东、南、北三侧采用钻孔灌注桩加2道混凝土内支撑的支护形式;基坑西侧采用放坡的支护形式。第1道混凝土支撑截面为1 000mm×1 000mm,第2道混凝土支撑截面为1 200mm×1 200mm,支撑梁混凝土强度等级为C30。基坑混凝土支撑的平面布置如图1所示。

本工程原计划地下室结构整体施工,因主体施工单位进场时间较晚,主楼封顶工期按原计划很难保证,为确保主楼工期,决定东、西区地下室仍按原设计方案进行换撑,即先施作1层地下结构,随后中粗砂回填和浇筑50cm厚混凝土传力板,然后拆除1道混凝土支撑。中间主楼区域采用钢筋混凝土梁板+后浇带内预埋工字钢传力的方式进行换撑施工,待完成主楼区3层地下结构后进行侧墙外回填施工,以此保证主楼施工进度。钢筋混凝土梁板换撑如图2所示。

1)前期准备为增强内支撑拆除时围护桩的安全,在底板外侧浇筑50cm厚素混凝土,在底板与围护桩之间形成刚性铰。

2)中区主楼换撑施工步骤墙柱钢筋绑扎→墙柱、梁板模板及换撑梁板模板支设→梁板钢筋及换撑梁板钢筋安装、后浇带传力型钢安装、加固→墙柱、梁板、换撑梁板混凝土浇筑→下一道工序。

3)中区主楼拆撑施工步骤混凝土换撑梁、板浇筑(与梁板同期浇筑)→混凝土支撑拆撑(混凝土达到设计强度的80%)→防水层施工→保护层施工→回填。

根据施工部署,并经设计核算,中间主楼区换撑施工采取300mm厚C30混凝土换撑板、500mm厚C30换撑腰梁来实现内支撑梁的换撑,混凝土换撑板间隔预留1 000mm×1 000mm孔洞,作为原围护桩与地下室外墙间土方回填口。混凝土换撑梁、板平面布置如图3所示。施工步骤如下。

1)架体搭设

在外围混凝土板上搭设脚手架,脚手架搭设要求如下:①换撑板立杆横向间距400mm,纵向间距900mm,步距1 200mm;换撑板下主龙骨采用ф48,壁厚3mm钢管(采用顶托连接,并控制好螺杆伸出高度不得大于螺杆长度的1/3),间距900mm,次龙骨采用50mm×100mm木枋,间距250mm。②换撑混凝土腰梁立杆横向间距400mm,纵向间距900mm,步距1 200mm;换撑板下主龙骨采用48,壁厚3mm钢管(采用顶托连接,并控制好螺杆伸出高度),间距900mm,次龙骨采用50mm×100mm木枋,间距200mm。

在架体搭设完成后,同时将围护桩外覆土及桩间残存的建筑垃圾等清除干净,以便换撑施工。

2)架体搭设完成后,组织模板支设,支设过程中要求模板连接稳固、接缝严密。

3)钢筋加工与安装在地下室外墙施工时,首先根据主体墙配筋图、地下2层及1层楼板配筋图进行外墙和楼板钢筋绑扎,然后进行换撑梁、板的钢筋加工及安装。换撑腰梁钢筋与围护桩上植入的钢筋形成整体的钢筋骨架。

在钢筋加工与安装的同时,在地下2层和地下1层沉降后浇带位置布置I25a(Q345)传力型钢于主次梁间和楼板内。传力型钢埋入混凝土梁500mm,端部设置250mm×116mm×10mm端板。沉降后浇带换撑处板钢筋预留,混凝土后浇,梁和该层结构一起浇筑完成。

根据设计图纸及第三方监测单位反馈的监测数据,第2道支撑内力最大为9 576.25k N,每跨12m计算。地下2层人防沉降后浇带加强传力型钢布置间距为1 200mm,每跨型钢根数为(12 000/1 200)+1=11根,取11根,每根受力按870.57k N;地下2层非人防沉降后浇带混凝土型钢梁换撑间距最大2 800mm,则型钢根数为12 000/2 800+1=5.24根,取5根,每根受力为1 915.25k N。

经过验算地下2层非人防沉降后浇带混凝土型钢梁受压为80.7N/mm²,地下2层人防沉降后浇带混凝土型钢梁受压183.3N/mm²,都小于工字钢抗压强度设计值f=315N/mm²,结构安全。

传力型钢布置如图4所示,结构地下1层的传力型钢设置参考地下2层设置。

换撑处混凝土浇筑顺序为:地下室外墙、内墙及柱→地下2层楼板、换撑板、腰梁及桩缝。根据现场实际情况,本工程换撑板、腰梁及桩缝间可操作空间受限,施工中采取汽车泵、溜槽及振动棒结合的施工方法来浇筑混凝土。

中间主楼拆撑区共5道支撑梁,从中间开始拆除,支撑拆除顺序:连续梁→八字撑→对撑梁跨中→对撑梁端部。根据现场实际情况,结合后浇带分布情况,将每区内支撑拆除划分为南北两区,对称施工拆除内支撑梁。施工过程中,为确保基坑稳定,要求南北两区拆撑时进度保持基本一致,并随时监测基坑动态,确保施工安全。

对于钢构柱的拆除,待第1,2道内支撑全部拆除完毕后再行拆除。

前期监测数据显示基坑围护结构变形较大,基坑安全隐患较大。而一般的内支撑拆除方法如静爆、手动风镐、机动风镐、水钻等对基坑的扰动大,对基坑的结构安全造成重大隐患。采用常规方法对内支撑进行拆除达不到无损拆除的目的,对基坑结构安全造成隐患。

综合考虑工期成本及现场条件等因素,采用绳锯与水钻配合的切割工艺来进行内支撑梁的拆除。

满堂支架搭设→切割位置放线→钻吊装孔和穿绳孔→安装固定导向轮→固定绳锯机→穿吊装绳→安装金刚石绳索→连接相关操作系统→设置安全防护栏→内支撑梁切割→梁块吊装→风镐破除。

在内支撑拆除时,安排专人24h值班,确保施工作业安全。应尽可能将内支撑拆除区域的基坑周边材料(木方、钢管、顶托等)转运至其他位置,以减少基坑周边荷载,确保基坑安全。同时加密基坑的监测频率,随时反馈监测数据。

在基坑稳定的前提下,采用叉车配合300t汽车式起重机的组合形式将已切割内支撑吊装至大型平板拖车,后运至指定位置进行内支撑梁的破除及切割。

主楼区土方回填待主楼区地下结构全部施工完成后一次性回填,回填土工艺流程:防水及保护层施工→基底清理→回填砂→修整、找平、验收。

回填方式:利用换撑板带上预留的孔洞,采用模板预制溜槽配合人工手推车回填施工,溜槽宽1.5m,高0.3m。溜槽应在基坑边搭设的满堂脚手架固定,反铲勾机直接将砂抛入溜槽内滑落至基坑。

混凝土支撑拆除对围护结构本身及周边环境将产生较大的影响,因为支撑拆除前后是一个结构内力转换的过程,围护结构内力重分布,将导致围护结构的内力变化和变形,因此及时掌握围护结构的附加影响显得尤为重要。

中间主楼区采用梁板换撑施工期间,监测单位配合加密相应位置的深层水平位移监测,基坑拆撑期间围护结构的深层水平位移如图5所示。从图中曲线可以看出,基坑第2层混凝土支撑拆除后,基坑“鼓肚子”变形明显增大,位移最大点变形增长约3mm;基坑第1层混凝土支撑拆除后,围护桩顶部位移增长较明显,位移增大约6mm。基坑监测数据表明,支撑拆除过程中,围护结构的变形在设计允许范围内。

常规施工方案为分层中粗砂回填压实+50cm厚C15素混凝土浇筑施工,采用板带换撑的施工方式,综合考虑人工材料投入成本:工程量711.03m³,混凝土为405.73元/m³;原合同回填土价格为21.48元/m³,回填灰土价格为84.29元/m³。如若以回填土∶回填灰土=1∶7来计,后者增加成本约23万元。但考虑到主楼±0.000节点提前1个月,主体封顶也相应提前1个月,2台塔式起重机的月租金分别为12万元、5.4万元,再综合考虑银行的贷款利息,由于方案变更所引起的造价基本持平。

本工程为保证主楼的工期,主楼与裙楼采用不同的施工方法,主楼在保证基坑安全的前提下,采用梁板换撑、后浇带内预埋传力型钢的施工方法,大大缩短施工时间。对比原计划,不考虑地下室整体施工的资源投入及现场协调难度引起的工期增加,仅回填土及拆撑工程就为主楼工期缩短至少30d。

本工程针对不同的区域采用不同的施工方法,在增加成本可控的范围内,实现了进度和营销的目标双控,为以后类似工程加快基坑的拆换撑施工积累了宝贵的经验。