大跨度车站基坑换撑施工总结
摘要
关键词
深基坑 钢支撑换撑 大跨度 基坑监测
正文
1.1工程概况
XXX站为地下四层岛式车站，车站两端扩大段为单柱双跨结构，标准段单跨无柱结构，车站总长229.8m，标准段宽23.1m，扩大端宽32.3m。车站主体围护结构采用1000mm厚地下连续墙，地下连续墙接头采用工字钢接头，基坑临时支撑体系采用五道砼支撑+一道钢支撑+一道钢换撑。
1.2地质情况
经对XXX站现场地质钻勘，查明情况为：
（1）从上至下地层分别为：杂填土、淤泥质土、中粗砂、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩，地质分布图见下图。
（2）基坑内软弱地层厚达18.4m，流砂层厚达12.3m。
图1 XXX站地质分布图
（3）不良地质风险分析
场地发育淤泥等软土层和淤泥质粉细砂等可液化砂层，此类地层对工程活动的扰动敏感，稳定性差，基坑内支撑拆除及回筑顺序不当，易出现基坑工程的失稳等风险。
1.3周边环境
XXX站东侧紧邻XX高速桥，是施工区期间重点防护和监控的对象。XX高速桥桥墩为双柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩，桩底嵌入中微风化岩，基坑边缘距离桥梁承台最近有6.21m。
图2 车站站基坑与XX高速桥位置关系图
2钢换撑设计
车站6-20轴负一、二层合成一层，形成中庭，中庭层高15.35m，顶板厚1300mm，其中6-10轴及17-20轴中庭位置有两道混凝土支撑（第二道和第四道），10-17轴中庭位置有三道混凝土支撑（第二道、第三道和第四道），中庭侧墙根据混凝土支撑设置进行分段施工，且在标高-6.36位置增设一道钢换撑对顶两边侧墙，钢换撑采用Ф800mm 壁厚16mm的钢管支撑，间距3m，共设39根。
图3钢换撑与车站结构相对位置横剖面示意图
图4钢换撑与车站结构相对位置纵剖面示意图
3换撑施工过程中存在的问题
（1）钢换撑的安装影响满堂支撑架的搭设
钢换撑采用Ф800mm 壁厚16mm的钢管支撑，间距3m布置。需安装在已施工好的下部侧墙上，且要求侧墙达到设计强度。以上施工是在已经搭设完成的侧墙高度的满堂支撑架上进行,在钢换撑架设前需先将架体拆除落低，再在脚手架上铺设承木板方木进行换撑操作，钢换撑安装完成后继续接高满堂支撑架架体，但常规的满堂盘扣式支撑架受模数限制，无法避开钢换撑。
（2）基坑变形量难以控制
基坑紧邻XX高速特大桥，周边环境特别差，倒撑施工过程中，基坑围护结构应力释放，不可避免的发生围护结构变形，如何保证基坑支护结构水平位移控制在20mm，临近高速桥基础沉降和水平位移量控制在15mm，是施工过程面临的一大难题。
（3）钢换撑拆除困难
换撑后的钢支撑需在顶板施做完成后才进行拆除拆除在下二层内进行，此时大型吊机利用不上，需使用手拉葫芦进行拆除，再利用叉车运至预留吊装孔边上再行吊出，拆除作业效率低，不满足工期要求。
4换撑方案优化
（1）结构满堂支撑架采用盘扣式立杆+扣件式水平杆混合支撑架体[1]，该架体即吸收了盘扣立杆的承重高的性能，又使整个架体布置更加灵活不受模数控制，受钢换撑影响顶板的主楞采用10#槽钢或三钢管。
（2）做为基坑内支撑的补充措施，中庭位置下部墙体施工完成，安装好钢换撑后，将下部侧墙已拆模的架体安装顶托方木回顶至侧墙，基坑更好的控制基坑围护结构变形量，又能在浇筑上部墙体时防止架体上浮。
（3）钢换撑拆除时利用两台叉车结合手拉葫芦对钢换撑进行下放，即增加了施工效率，又多了一道安全保障。
5钢换撑安装拆除实施
5.1钢换撑安装
5.1.1钢换撑安装流程
图4 钢换撑施工流程图
5.1.2钢换撑架设
1、材料检验
现场应准备足够数量的钢管支撑材料。钢管支撑进场后严格按照设计要求及有关规范标准对钢管材料质量认真检查，严防不合格支撑材料投入使用。
钢支撑的加工允许偏差
项 目 | 钢管支撑 | ||
长度 | 管面对管轴的垂直度 | 弯曲矢高 | |
允许值(mm) | ±3.0 | d/500，且 ≯5.0 | d/500，且 ≯5.0 |
注：d为钢管直径，L为围檩长度。
2、钢管支撑地面拼装
为减少换撑架设时间，应先将开挖位置所需支撑分两段拼装完成，以缩短每循环支撑施工时间,支撑拼装长度根据基坑宽度、支撑活动端行程等参数综合考虑。
支撑钢管连接：支撑钢管间采用高强螺栓连接，在用螺栓连接时，要求对称用力，防止出现钢管支撑偏心受力。
3、钢管支撑定位钢板安装
（1）钢板加工
预埋件所用钢板为长1100mm、宽1100mm、厚度20mm，在加工厂用剪板机剪切成型，长宽尺寸控制在正负5mm之间，厚度不得小于20mm，所用材质Q235镀锌钢板。
（2）锚筋加工
锚固钢筋所使用的材料为HRB400，直径22，锚固长度600mm，确定所使用钢筋的规格及下料长度后，采用E55型焊条进行穿孔塞焊，锚筋与钢板中间的孔洞必须塞填密实。
图5 钢换撑预埋钢板锚固钢筋焊接示意图
（3）预埋件安装
主体结构侧墙钢筋绑扎完毕后，开始标注预埋件的标高及位置，按照图纸进行定位，将预埋件埋在侧墙背土面，用电焊点焊于侧墙非主受力钢筋（如箍筋、加筋等），埋件在埋设一定要紧贴模板。
4、钢托盘、三角撑托架安装
三角撑托架现场进行加工完成后，安装时先在侧墙的M20固定螺栓位置钻孔，然后将膨胀螺栓打入并拧紧，使三角撑支架固定在侧墙上，每个支撑托盘下面安装2个三角支架，安装三角撑时应严格控制其标高在同一直线上，三角撑托架顶紧托盘，做为钢支撑防坠落措施。
钢管支撑托盘为宽度300mm，长度900mm，厚度20mmQ235钢板，与预埋钢板采用“平角焊”或者“船型焊”进行焊接.
图6 钢换撑托盘、三角支架安装示意图
5、安设钢系梁
钢连系梁为双拼56C工字钢，工字钢与临时立柱连接采用焊接，钢支撑就位后利用钢板抱箍对钢支撑进行限位。
图7 钢换撑、钢连梁安装示意图
6、吊装钢管支撑就位
为避免常规的双抽屉钢支撑活动端头占用顶板满堂支撑架体空间，本工程选择特制的单抽屉钢支撑活动端，钢支撑顶在结构混凝土内衬墙上，直接将支撑对顶在内衬墙上预埋好的预埋钢板上。在支撑托盘及钢连梁架设完成后，立即组织钢管支撑吊装就位，钢管支撑25t龙门吊分两段吊装
图8 单抽屉钢支撑活动端头大样图
图9 钢管直撑中间节大样图
在钢管支撑两端系安全缆风绳，在专职指挥及牵引下平稳吊装就位，钢换撑设计无加压要求，仅需用千斤顶顶紧钢支撑活动，打紧钢楔即可。
图10 钢支撑吊装示图
5.2.3钢换撑位置主体结构顶板高支模搭设方法
钢换撑安装后，钢换撑位置主体结构满堂支撑架盘扣钢管间距由600*900mm调整至900*900mm，在钢支撑中线上方加强一根扣件钢管，立杆顶部设置可调顶托，该钢管与支撑架体水平杆利用扣件相连。调整后顶板满堂支撑架体验算 ，立杆稳定性按照900*900*1500 Q345 48*3..2mm盘扣钢管间距进行验算，顶板模板面板、主、次楞按照600*900*1500mm间距进行验算，本方案验算满足要求。
图11 钢换撑位置主体结构顶板高支模支架布置图
5.2钢换撑拆除
5.2.1拆撑流程
中庭侧墙同步预埋吊环（吊环高于钢支撑顶面1.5m）→钢换撑端头两侧铺设支撑拆除作业平台（或者租赁升降机做为临时作业平台）→固定手拉葫芦掉进钢支撑端部→量台叉车顶紧支撑底部→钢支撑卸压→拆去钢楔→拆除托盘及三角托架→利用叉车及手拉葫芦同时配合缓缓下放钢支撑至中板→分节后水平运输至预留孔位置→分节吊出。
5.3.2拆除方法
（1）中庭侧墙预埋吊钩
中庭侧墙施工过程中，预埋双拼直径32圆钢吊环，吊环中心平面位置对应钢支撑中线位置 ，高度方向高出钢换撑预埋钢板顶部1m，埋设方法同主体结构板预埋吊环，吊环承载力120KN。
图12 侧墙吊环大样图
吊环承载力验算：
①钢支撑拆除荷载参数
序号 | 名称 | 标准节重量(T) | 活动端重量(T) | 荷载安全系数 | 荷载设计值 (KN) |
1 | 钢支撑(直径800mm,壁厚16) | =0.38472*19.25*1.15=8.5 | =0.38472*1.45*1.3=0.725 | 1.5 | 92.25 |
因此，92.25*1.5/2=69.1875KN≤120KN，吊环承载力满足要求。
（2）钢支撑拆除施工
当结构顶板结构混凝土完全达到设计强度，便可拆卸钢支撑。在钢支撑拆卸前先将10T手拉葫芦固定在预埋吊环上面，并利用手拉葫芦悬挂钢丝绳固定好钢支撑，拉紧手拉葫芦，起固防止坠落作用。
然后将两台叉车顶紧钢换撑，支点在钢支撑1/4位置，再在管端千斤顶座上设置千斤顶，操作千斤顶逐步给管撑卸荷，在完全卸荷后，拆除管端头与结构侧墙之间的钢楔，再拆除托板和三角托架后，利用叉车协同拉动手拉葫芦，缓缓下方钢支撑直至结构中板。
钢支撑分节、运输
主体结构顶板高支模架体拆除并清理完成后，松掉钢支撑管节之间法兰螺栓，完成钢支撑分节，利用叉车逐节运输至预留盾构井口，利用25吨龙门吊吊出至地面。
1）最大起重量验算
CPCD型10.0T叉车起重最大荷载为100KN，钢支撑荷载=92.25/2/0.8=57.7KN＜100KN（最不利条件下单机承重）， 满足抬吊时叉车荷载不大于额定载荷80%的要求。
钢支撑拆除荷载参数
序号 | 名称 | 标准节重量(T) | 活动端重量(T) | 抬吊安全系数 | 荷载设计值 (KN) |
1 | 钢支撑(直径800mm,壁厚16) | =0.38472*19.25*1.15=8.5 | =0.38472*1.45*1.3=0.725 | 0.8 | 92.25 |
2、抬升高度验算
抬升时，CPCD型10.0T/CPCD型80叉车最大抬升高度为拾吊7m>6.55m，提升高度满足要求。
6基坑监测
(1)鉴于基坑监测报告反馈数据，拆撑期间应加强周边变形观测，并做好记录，同时加强同第三方监测数据对比分析[2]。
(2)内支撑换撑施工过程中，以2次/d的频率进行变形观测，若支撑拆除过程中发现基坑变形累计值或变形速率异常，及时上报并采取相应的加强措施。
(3)内支撑换撑施工完成后1个月内按7d一次进行观测，观测期间无变形或变形值未超过允许偏差，则改为1月一次，直至结构稳定。
(4)加强拆换撑施工过程的人工安全巡查巡视，支撑拆除时对围护结构变形、周边地面沉降及建筑物变形等进行重点监控。
至钢换撑拆除完成各项监测数据稳定后统计，基坑各项监测数据一直在基坑允许变形的可控范围内，其中基坑围护结构水平位移最大值为7mm，竖向位移最大变形量为4.8mm，XX高速桥基础沉降最大值为9mm，水平位移最大值为6.5mm。对钢换撑施工技术的优化，为基坑施工提供了有利的理论支持，同时也为基坑施工创造了良好的条件。
7结束语
本工程采用上述的换撑施工技术，减少了基坑围护结构的位移变形，保证了基坑的稳定性，减少了施工对临近高架桥等构筑物的影响，同时又兼顾主体结构施工，方案济实用、效果可靠，在工程的应用中有积极的参考意义。
参考文献：
[1] 地铁站深基坑内支撑体系换撑优化施工[J]. 付志杰;朱泽清;卢云山;王伟东;刘宝华.施工技术,2017(07)
[2]成都地铁2号线站东广场站基坑监测及位移反分析[D]. 陈泽昌.西南交通大学,2011
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