錯層地下結構的基坑換撐分析與優(yōu)化

常州第一建筑集團有限公司 常州 213002

1 工程概況

常州市第一人民醫(yī)院綜合病房大樓由25 層主樓、6 層裙房和局部純地下室組成，建筑面積123 000 m2，基坑挖深為12.65～13.55 m，基坑面積約9 088 m2，周長約為410 m，四周環(huán)境復雜，基坑安全等級一級。基坑總體設計采用鉆孔灌注樁+2 層鋼筋混凝土支撐的支護形式，支撐平面如圖1所示。

圖1 鋼筋混凝土支撐平面

在本工程的支撐形式中，鋼筋混凝土支撐主要由雙向對撐以及四角角撐組成，2 層支撐中心標高分別為－2.05 m和－7.35 m。北側裙房和局部純地下室為3 層，標高分別為－8.15 m、－4.55 m和－0.05 m（純地下室為－0.95 m），南側主樓地下室為2 層，標高分別為－4.55 m和－0.05 m。

2 原換撐設計方案

由于－4.55 m結構平面連續(xù)完整、傳力可靠，原換撐設計方案中第1層支撐換撐通過在－4.55 m結構平面設置常規(guī)的換撐塊實現(xiàn)。在第2層支撐換撐中原設計顯然是考慮到了南側地下結構大面積缺失－8.15 m，結構平面無法有效傳遞水平荷載，所以將第2層對撐、南側角撐全部保留，僅在北側角撐部位－8.15 m結構平面設置常規(guī)的換撐塊進行換撐（圖2）。

圖2 第2層支撐換撐平面

3 原換撐方案分析

原第1層支撐換撐較為常規(guī)可順利實施，第2層支撐換撐方案亦充分考慮了地下結構錯層影響，保留了70%支撐，雖可保證基坑安全卻給地下結構施工和質(zhì)量帶來極大困難和隱患，主要表現(xiàn)為以下幾點：

（a）保留支撐穿越核心剪力墻或與個別結構柱、剪力墻相碰，需另采用置換加固措施后方能保證結構正常施工，施工繁瑣，給結構安全帶來隱患。

（b）保留支撐穿越結構外墻數(shù)量多、留洞大，勢必給結構、防水質(zhì)量留下較多隱患。

（c）保留支撐－7.35 m與－8.15 m結構平面換撐不在同一標高，換撐的對稱平衡、整體性有所削弱，同時也使換撐工況變得比較復雜。

4 換撐方案優(yōu)化[1-8]

總包中標時支護樁、立柱樁、立柱已施工完畢，第1層支撐已全面開始施工，已無法對總體支護方案進行調(diào)整，只能對第2層支撐換撐方案進行優(yōu)化。優(yōu)化圍繞底板做文章，各方最后歸納為兩種優(yōu)化方案：

（a）底板混凝土至支護樁，外墻板澆至第2層支撐下，在－8.15 m標高處底板與外墻板間設置型鋼豎向斜撐、外墻板與支護樁間設置換撐塊實現(xiàn)換撐后拆除全部第2層支撐，思路與原方案基本一致。

（b）底板混凝土至支護樁，同時在地板上設置向上支撐混凝土牛腿至支護樁實現(xiàn)換撐后拆除全部第2層支撐，－8.15 m標高處換撐取消。

型鋼豎向斜撐換撐方案與原支護設計工況一致，也比較成熟可靠，可確保換撐安全，缺點是整個工藝要求、工序比較復雜，特別是對地下結構影響比較大。底板牛腿換撐方案大大簡化了換撐工序，施工方便，缺點是初步驗算后牛腿較大高度需侵入地下室內(nèi)，今后拆除工作量大。

經(jīng)反復綜合比較后決定采用底板牛腿換撐方案，但仍需進一步優(yōu)化，優(yōu)化重點是縮小牛腿高度。充分利用支護樁強度、剛度，結合醫(yī)院內(nèi)相似基坑施工經(jīng)驗，按最不利條件反復驗算支護樁承載力、深層水平位移等控制指標，換撐牛腿可縮小至不侵入地下室內(nèi)。底板牛腿換撐方案工況及牛腿構造見圖3。在底板牛腿換撐過程中要求進行連續(xù)基坑監(jiān)測，各相關方設置專人負責監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、分析、處理，同時將豎向斜撐作為針對性應急措施做好充分準備，確保應急事件發(fā)生時在第一時間得到處理。

圖3 底板牛腿換撐工況

5 實施要點

底板牛腿換撐實施過程中應注意以下幾點：

（a）底板施工應首先將沿支護樁周邊底板及換撐牛腿施工完畢，這樣可明顯減少變形并且有利于該部分混凝土強度增長。

（b）由于牛腿與支護樁連接面存在豎向分力，應特別注意連接質(zhì)量。牛腿鋼筋與支護樁應采用植筋連接，支護樁混凝土面應清理至符合質(zhì)量要求，并采用界面劑處理，牛腿采用補償收縮混凝土。

（c）對于陰陽角等特殊部位，特別注意應連續(xù)設置換撐牛腿。

（d）由于底板不可避免會出現(xiàn)后澆帶、集水坑、電梯坑等局部缺失，對這些部位應按驗算要求采用型鋼支撐等進行補強。

（e）所有底板及換撐牛腿施工完畢、混凝土強度達80%、后澆帶等底板缺失處補強完畢并經(jīng)全面驗收合格后方可進行第2層支撐拆除。

6 結語

目前工程已完成，基坑工程換撐按底板牛腿換撐方案施工，整個過程正常，內(nèi)力、變形均控制在設計、規(guī)范要求內(nèi)，此類錯層地下結構基坑施工中以下幾點可供借鑒：

（a）基坑（換撐）方案應充分考慮主體地下結構施工、質(zhì)量要求，應與主體地下結構的結構形式、施工順序協(xié)調(diào)，應便于主體結構施工。

（b）對于基坑工程、主體工程分先后招標、施工的工程，基坑工程方案確定前應聽取具有總承包施工經(jīng)驗的相關專家的意見，并對可操作性進行論證。

（c）采用底板牛腿換撐方案受力明確、連接可靠、整體性強、施工簡便、確保安全，可充分發(fā)揮支護樁的強度、剛度。