安丽敏
北京方正建设工程管理有限公司 北京市 100176
摘要：当前，在建筑工程领域中，高层建筑、超高层建筑愈来愈多，深基坑、超深基坑已成为工程施工中必不可少的部分。为了基坑体系的安全，不可避免地进行基坑体系支护，但由于基坑支护体系在基础与主体施工时存在相互影响，尤其是基坑内的水平支护体系，直接影响着主体施工的正常进行，为此，在基础和主体施工时，为确保基坑安全，不可避免地要对原支撑体系进行换撑、拆撑。
关键词：超大深基坑;支撑拆除;施工技术;研究
引言
当下随着我国高层建筑地下空间开发利用率的提升，促使基坑开挖深度逐渐加大，但是与此同时基坑开挖所引发的相关工程事故发生概率也逐渐增加，业内相关人士针对深基坑支护设计以及施工予以了高度重视。随着我国新版建筑工程基坑支护技术相关指南的发布，其对于基坑安全的有效控制提出了更高要求，相关指南对于基坑支护当中的施工安全提供了更加可靠的保障。本次针对大直径圆环桁架内支撑深基坑支护技术的研究对促进该技术的使用有着重要作用。
1基坑支护方案对比分析
第一方案：该方案主要采用的是井字形对撑法。井字形对撑法的主要优势是此设计方案目前区域成熟，并且存在着明确的支撑传力途径。但是，该项方案也存在一定的不足，比如由于内支撑的存在对施工人员的实际工作造成较大困扰，需要使用小型挖土机和长臂挖机合作将土运至地面。不仅如此，在实际工程中该方案对地下水池施工也会受到影响，可能会造成延长施工工期问题发生。同时，该种方案更加适用于狭长的基坑。第二方案：该方案主要采用大直径圆环桁架内支撑深基坑支护技术。该方案设计有着以下几方面优势：第一，基坑圆环内径较大时，基坑内径范围内无其它支撑困扰，以此有效简化了出土和机构施工。第二，此设计方案的栈桥直接打到深基坑内部，施工时可直接将汽车和挖掘机开到基坑内部完成土方挖运工作，以此有效提升了工作效率。第三，该方案极大减少了实际支撑数量，这对于节约成本有着重要作用，同时减少支撑后也会减少建筑垃圾，符合文明施工。综上分析，大直径圆环桁架内支撑深基坑支护技术有着明显优势。
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2基础的影响因素
2.1建筑物上部荷载的大小和性质
不同建筑高度埋置深度不同，多层建筑埋置深度一般取决于地下水位高度、冻胀深度；高层建筑埋置深度一般为地面以上建筑物总高度的1/10。
2.2工程地质条件
基础浅埋还是深埋主要取决于土层条件，如果土质硬实则可以选择浅埋；如果土质松软则应选择深埋，另外，实际情况往往复杂得多，应具体问题具体分析，可能需要额外加固，如桩基础。
2.3水文地质条件
水文地质条件在建筑基础施工过程需要重点关注。如果基础能够处于地下常年水位和最高水位之上，基础不致会因为水位浮动产生不均匀沉降，则不需要额外加强防水；如果土层的地下水位较高，则最好在地下最低水位200mm以下埋置基础底面。这样，地下水位变化对基础带来的影响可以得到有效的控制。
2.4地基土壤冻胀深度
土壤冻胀深度主要是指在建筑基础施工过程中需要考虑土层的冻结深度。不同地区不同气候条件冰冻线深度不同，设计时需考虑当地气候和土壤情况，一般在冰冻线以下200mm。2.5相邻建筑物之间的基础处理
一般待建建筑周围都存在已有的建筑，在基础施工时需要考虑新建基础对原有建筑是否存在影响，基础施工不能对原有建筑基础土层产生破坏基础稳定性的影响。若新建建筑基础埋置深度比原有建筑低，一般可不考虑其相互作用。若新建建筑的基础埋置深度比原有建筑高，需要考虑其相互作用。
3支撑拆除关键技术研究
3.1拆撑顺序分析
一般情况下，拆撑之前，该道支撑下部结构及换撑均应达到设计条件，但对于超大型深基坑，几万平米的结构层均浇筑完成后再进行支撑拆除工作是无法满足工程施工工期的，且无法形成较好的施工流水。根据支撑布置型式，主要考虑以下几种拆撑顺序。1)先拆除中部对撑，后拆除边桁架+角撑。该顺序主要优缺点如下:优点:中部仅为对撑，支撑间距较为开阔，且该区域的支撑混凝土方量相对于角撑或边桁架区域较少，先期拆除该区域支撑，可以较快地产生主体结构的工作面，同时和常规大基坑的土方盆式开挖方式相结合，无需调整施工顺序。缺点:主要为拆撑的先决条件较为苛刻，需等中部及边跨中部的混凝土均浇筑完成，形成大十字形状的换撑，仅留四角区域未完成浇筑，前期等待时间较长。且在施工结构层时，由中部向四周发散，影响主体结构材料运输及混凝土浇筑。2)先拆除边桁架+角撑，后拆除中部对撑。该顺序主要优缺点如下:优点:由于角部支撑构件较多，先期拆除可以避免后续拆除时间过长，且先拆区域主要分布于基坑四角，可以分块投入拆撑力量，而不会产生拆撑工作面不足的情况。且拆除角部时，中部的对撑仍能起到抵抗土压力的作用，基坑变形控制较好。主体结构层从四周向中部施工浇筑，可先形成环形换撑，经结构设计复核后，可进行先拆撑作业，而不用等待全部板面完成。缺点:要形成先期的环形换撑，首先需要主体结构设计进行复核环形换撑需要预留的板块纵深，比较难以进行计算分析，其二则与土方盆式开挖方式相冲突，在选择该方案前应谨慎考虑，若选定则需调整最后一层土的开挖方式。且前期施工周边环形结构，对于主体结构材料的运输及施工力量的分配带来较大考验，当然，后期能够较为顺利地进行结构施工。3)先拆除西北角，从西北向东南退拆。该顺序主要优缺点如下:优点:该拆撑顺序的先期条件较小，仅需完成北部、中部和西部的结构板块，形成倒L形，则西北部的对撑交叉区域即可进行拆除工作，顺带的该区域八字撑及角撑均可一并拆除，形成局部的结构施工工作面。同时，该方案自西北向东南方向进行拆撑，主体结构也按此顺序进行浇筑，方便形成竖向流水。届时，又能在上一层结构层形成倒L形换撑条件，总体将形成立体交叉作业。且自西北向东南施工，正好与现场的栈桥行车路线相匹配，最终的收尾工作较为简单。缺点:先期拆撑被限制在一定区域内，但随着后续结构板块的形成，拆撑面积及混凝土方量呈倍数增加，需要投入较大的人力物力进行赶工，否则将影响后续主体结构的施工。该方案每阶段的拆除区域均有严格的限定，需根据现场的实际情况，拆撑单位与主体结构施工单位要形成较为紧密的衔接，对施工单位的要求较高。
3.2拆撑方式分析比选
1)静力切割。钢筋混凝土静力切割的工作原理是依靠金刚石工具(绳、锯片、钻头)在高速运动的作用下，按指定位置对钢筋和混凝土进行磨削切割，从而将钢筋混凝土一分为二，这是世界上较为先进的无震动、无损伤切割拆除工法。在切除过程中需将钢筋混凝土静力切割工法和吊装设备(吊车、卷扬机等)有机地结合起来完成拆除任务。该方法的主要优缺点如下:优点:a．可以进行任何方向的切割，切割不受被切割体大小、形状、切割深度的限制，广泛使用于大型钢筋混凝土构件的切割;链锯切割以速度快，设备投入量较大，故而广泛使用;b．由于其技术原理是依靠金刚石链锯的工具进行磨削，其施工过程中无震动、无损伤，施工截面更加整齐，速度快;c．施工现场噪声、振动及扬尘均较小，处于可控范围内，对周边环境的污染小。切割下来的混凝土均呈块状或条状，方便调运清理。缺点:a．由于切割机械为专用设备，采用静力切割的价格较高;b．由于切割前就需将切割段用钢缆绳索进行绑扎，方便后续吊运，因此前期准备工作较多，且现场需与吊运设备相结合，对施工单位要求较高。2)机械破除。混凝土支撑机械破除是指采用机械设备先将支撑的混凝土进行破碎，形成混凝土碎块，后割除钢筋。一般机械破除的拆撑机械主要包括镐头机、铲车等。该破除方式主要优缺点如下:优点:a．施工方便，技术简单，对拆撑单位的施工要求较低;b．由于该方式较为常规，拆撑的价格较低;c．混凝土破碎后，割除的钢筋可重新回收利用，较为经济。缺点:a．拆撑机械会在结构板面行走，采用该方式需先行复核结构板的承载能力，防止机械自重及破撑振动引起主体结构开裂;b．施工现场噪声、振动及扬尘较大，对周边环境的污染不小。且破碎的混凝土均呈小块状，后续的清理工程量较大。
4施工要点
由于环形支撑量直径相对较大，因此在进行实际施工过程中要充分保证圆环的圆心位置以及圆环线形具有高度准确性，目的是为了保证圆环拱效应具有安全性和可靠性。同时，在圆心位置放置全站仪进行定点放样，每一个环梁与环系梁交点需要根据设计图纸计算出相应的方位角。另外，支撑体系平面具有着外刚度角弱的现象，因此相关工作人员需要保证实际施工保持在同一水平面上，充分控制桁架平整度，避免平面出现外失稳问题。在进行土方开挖过程中，需要工作人员严格按照设计工程概况进行分层和对称，保证支撑受力均匀，有效规避支撑体系整体位移现象出现。
5质量控制
5.1土钉墙施工质量
由于土钉墙不止用于前期的基坑预留反压土的防护，还用于后期边跨主体结构满堂支架的基础，质量要求高。要求土方开挖时采用人工修整，防止机械开挖中破坏原状土；土钉施工中要求孔径、孔深严格按照图纸施工；土钉加工需在加工场完成后运至现场，严禁现场切断和加工；注浆采用二次注浆法，确保孔道注浆饱满。台阶土钉墙满布钢筋网片，搭接150mm；沿土钉方向采用2根C22钢筋连接加固，土钉端头焊接钢筋头作为挡头，增加钢筋网片与土钉的连接。土钉墙采用浇筑C20混凝土，厚200mm，使用小直径（φ=25mm）振捣棒振密实。采用土工布覆盖，洒水养护，养护7天。
5.2钢管柱施工质量
钢管柱作为永临结合的支撑柱，对整个结构的施工质量和安全至关重要。钢管柱为单柱单桩结构，保证底部工程桩嵌入微风化花岗岩1.0m，底部采用二次注浆法，降低沉渣影响。钢管柱需锚入工程桩2.5m，作为主要的抗扭和抗水平剪力作用，需精确控制。钢管柱的平面位置影响到前期的支撑和后期能否包在钢筋混凝土柱内，定位及其重要，采用专门的工装定位。为提高钢管柱的承载能力，需在钢管柱内浇筑混凝土。为防止工程桩泥浆的影响采用钢管柱内部混凝土与底部工程桩混凝土连续浇筑，做好不同混凝土强度的界面分界。
6基坑维持期的深基坑安全与环境变形监测
6.1换撑结构设置及施工
（1）尽快施工基础底板，底板与围护墙之间空隙下部用砂石填实，上部浇筑30cm厚C30素混凝土传力带。利用素砼传力板带与基础底板形成完整对撑，即可拆除第二道水平支撑，完成一次换撑。如此，可在确保基坑稳定的情况下顺利施工地下二层外墙及中楼板。不可忽视的一个问题是：如果工程地下室面积较大，基础底板上留置了纵横四道后浇带，初期底板断开被分成五块，并不能形成贯通的对顶支撑。通过设计计算，在后浇带内竖向中部偏上处连续预埋工字钢传力杆，传力杆水平间距1.5m。如此可真正形成对顶支撑，保证底板不位移、基坑不变形、失稳。（2）施工中楼板，并在中楼板与围护墙之间浇筑20cm厚C30钢筋混凝土换撑板带。同理，中楼板上的后浇带中部预埋水平间距1.5m工字钢传力杆，在楼梯间、汽车坡道等大开口顶部预埋DN300钢管传力杆。如此，利用中楼板换撑板带与中楼板及传力杆件形成完整对撑，即可拆除第一道水平支撑，完成二次换撑。继续地下一层外墙及顶板施工。（3）地下结构施工至出±0.000，基坑周边空隙砂石回填完后，并不代表基坑工程安全结束。为满足地下室抗浮计算，必须在地下室顶板覆土、主楼结构封顶后，才能拆除坑内深井降水井点、停止降水。
6.2测量放线
为了确保建筑工程施工的准确性和稳定性，需要在进行基坑钢支撑围护施工时做好测量放线的工作。测量放线技术主要应用于4个时间段：（1）围护桩施工前。此时需要通过测量放线技术测量出桩位、护筒的位置与间距，以及桩底标高的具体数值。（2）土方开挖时。在进行该项流程时需要确定边轴线、坡顶线和坡底线以及开挖标高等。（3）冠梁施工时。需要准确测量出该施工现场的轴线、标高，并确定预埋件的位置，合理控制其斜撑角度。（4）钢支撑安装时。通过测量放线辅助其确定施工的平面位置，找出轴线并控制标高等。需要注意的是，在实际建筑施工过程中会出现施工参数因环境条件而发生变化的情况。因此，施工人员在进行测量放线时依照设计图纸严格控制施工误差，尤其需要注意在钢支撑围护施工中钢管安装的偏差设置。
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7质量保证措施
7.1钢筋工程
每批钢筋进场前必须审查材质证明，经过外观、力学试验复检合格并申报监理验收后方可加工并使用，进行分项技术交底，钢筋安装前需标记出钢筋穿孔位置，误差不得＞2mm。钢筋的间距、排距应作好保护措施，在绑扎墙柱穿孔钢筋时，需作梯子定位筋和定位框，保证与弹在混凝土支撑梁上的测量控制线相符。
7.2合理推进施工顺序
为了尽可能减少实际建筑桩基工程施工的难度，提高施工的可行性，提升施工过程的效率和质量，需要严格监管桩基施工的施工顺序。通常情况下，深基坑施工的顺序中，应首先进行土层浅部的施工任务，待结束后再进行土层深部的施工任务，这是因为桩基础施工的难度通常与桩孔的深度成正比。因此为了减轻对上部土层稳定性的影响和提升施工效率，应按照先浅后深的顺序。施工过程中有时候会遇到需要穿越水层的情况，这种情况下，为了保证降低内部孔位的施工难度，尽量提高施工速度，施工顺序应先进行迎水部位或者外部的桩孔施工任务，再进行其他部分的施工，可以尽可能减少地下水的影响，这样之后的桩基础施工步骤也可以执行地更加流畅。
结束语
综上所述，基坑钢支撑围护技术通过在基坑内部安装钢架结构来维持基坑和建筑工程整体施工的安全性与稳定性，目前在建筑工程领域应用十分广泛。相关施工单位在应用该技术时要做好施工前的准备工作，并在实际施工过程中不断加强对基坑钢支撑围护技术的推广和创新，以便更好地提升建筑桩基的施工质量，从而促进我国建筑工程建设的发展。
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