狹小空間深基坑混凝土支撐拆除施工技術

姜躍晟

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250000)

1 工程概況

濟南黃河隧道(濟南市濟濼路穿黃隧道)位于濟南城市中部，北接鵲山片區(功能定位為國家級旅游休閑度假區)、濟北次中心。南岸工作井基坑長30.2 m，寬27.8 m，基坑開挖深度為35.4 m。圍護結構形式為地下連續墻+內支撐，地下連續墻厚度1.2 m，深度58.4 m，基坑施工采用順作法施工，基坑深度范圍內設8層支撐(4層混凝土支撐+4層鋼支撐)進行支護(見圖1)。其中鋼支撐為φ800，t=20 mm鋼管支撐(見圖2)，混凝土支撐截面尺寸分別為1.2 m×1.2 m,1.2 m×1.5 m,1.5 m×1.5 m，混凝土圍檁2 m×1.2 m,2.7 m×1.5 m,1.2 m×1.5 m,1.2 m×1.8 m(見圖3)。

2 施工重難點

2.1 狹小空間

本工程接收井混凝土支撐及腰梁架設深度大，鋼支撐與混凝土支撐上下投影面積最小距離僅為1.1 m，鋼支撐下方混凝土支撐吊裝空間狹小，且角部斜撐上方存在蓋板，混凝土支撐相距間隙小，吊車司機視野范圍有限，吊裝過程中存在安全隱患。在支撐拆除期間，基坑周邊堆載產生過大靜載和較大沖擊荷載的作用影響基坑的穩定，因此支撐拆除必須采用靜力切割[1-3]。

2.2 大體積混凝土支撐

本工程部分混凝土支撐截面尺寸分別為1.2 m×1.2 m,1.2 m×1.5 m,1.5 m×1.5 m等。腰梁截面尺寸分別為2 m×1.2 m,2.7 m×1.5 m,1.2 m×1.5 m,1.2 m×1.8 m等。混凝土支撐每米最大重量為5.6 t，腰梁每米最大重量為10.125 t，腰梁支撐混凝土重量大，拆除困難。采用繩鋸切割可實現高效率切割。

2.3 噪聲影響

工程場地位于二環北路南側，濟濼路上，距離黃河南岸大堤約449 m，現狀為城市道路。主體基坑沿濟濼路方向南北布置，道路兩側分布許多低矮建筑。建筑工程施工中露天作業以及噪聲的突發性、不連續性等因素極易引發周圍居民的反感。因繩鋸切割方式無揚塵、噪聲小、破除工效高，故為首選方案。

2.4 安全要求高

建筑工程是事故風險較高的行業，政府對建筑安全問題極為重視，并制定了“安全第一、預防為主”的安全工作方針。支撐拆除時，切割下的支撐體積大重量重，為了避免安全事故的發生，臨時支撐架采用φ48×3.2的盤扣架搭設。

3 主要施工方法

根據本工程特點、現場環境條件及相關各方對工期的要求，并結合施工現場的實際情況，本工程施工采取繩鋸切割進行混凝土支撐及圍檁切除。混凝土支撐和圍檁分段切割后，采用兩根鋼絲繩將分段支撐對稱捆扎，用吊車吊出基坑，蓋板下支撐用叉車在坑內倒運至蓋板外吊出，采用平板車進行裝運[4]。

4 施工前準備

組織施工隊伍進場，對機械設備、車輛等進行準入檢查，并做好進場報驗工作。組織有關職能部門及主要施工技術人員參加圖紙會審與施工組織設計交底會。施工前還需準備主體結構強度及質量報告、基坑監測報告、已審批的支撐拆除專項施工方案、支撐拆除技術交底、風險源應對措施、應急預案及工前節點驗收等資料[5]。

5 施工工藝

支撐及圍檁切割采用金剛石繩鋸分塊的方式進行。切割混凝土塊的體積依據所需吊車作業能力及現場施工環境而定。經現場實際查看和現場操作條件，將最不利混凝土支撐作為驗算依據，混凝土支撐、圍檁切割吊裝時，根據起吊位置吊車作業幅度和混凝土支撐的重量，確定吊車為80 t汽車吊，根據吊車現場作業條件，確定吊車吊重及混凝土最大分塊重量。吊裝時從基坑四邊分別吊裝。混凝土支撐吊裝時，合力作用點位于每段支撐的中心處。

5.1 參數控制

選用80 t汽車吊，吊車作業時站位區長為14.77 m，支腿寬度為7.9 m，距離基坑邊0.5 m。基坑內采用叉車將切割后的混凝土塊運至基坑邊吊車吊點處吊裝。該吊車吊臂全長47.5 m，額定最大吊重80 t。根據工作內容及作業環境設定吊車出臂長度、作業幅度和起重臂水平夾角角度。

1)機具參數。80 t汽車吊施工現場機具參數表見表1。

表1 80 t汽車吊施工現場機具參數表

其余附加重量參數表見表2。

表2 其余附加重量參數表 kg

運輸叉車：基坑內運輸叉車選用16 t叉車，起升高度3 m，最大起重量為16 t。

2)切割混凝土單塊長度。

根據吊車吊重及運輸叉車起重量，確定混凝土支撐切割單塊重量均控制在不大于16 t范圍內，混凝土容重按2.5 t/m3核算。混凝土直支撐和斜支撐實際控制最大長度不大于3.5 m；圍檁實際控制最大長度不大于2 m；跨中系梁實際控制最大長度不大于4.8 m(見表3)。

表3 混凝土支撐切割長度控制表

5.2 臨時支架

臨時支撐架體采用φ48×3.2的盤扣架搭設，豎向斜桿滿設，沿梁底方向搭設，搭設范圍每邊伸出梁底300 mm，且要保證梁底范圍橫向立桿根數為2根對稱布置，杜絕梁底僅1根立桿或立桿均處在梁底范圍以外的情況。立桿間距為600 mm或900 mm，步距為1 000 mm，根據實際情況減小間距搭設。盤扣架頂部梁底面搭設橫桿，橫桿長度伸出梁側面100 mm，橫桿間距300 mm，并在橫桿上平整鋪設木方或雙鋼管，腳手架底部坐落于混凝土底板上、中板或頂板上[6]。盤扣支架延伸至混凝土支撐底部，并使用頂托撐緊，支撐切口下部設置2排900 mm×900 mm盤扣支架臨時支撐，防止鋼筋割斷后應力突變造成安全隱患(支架搭設圖見圖4)。

支架承重復核：按照最高1.5 m高混凝土結構物計算，每根立桿最大承受900 mm×900 mm平面面積荷載，每根立桿承受的最大混凝土結構物自重1.5×0.9×0.9×25=30.375 kN，施工荷載自重(3 kN/m2)3×0.9×0.9=2.43 kN。考慮永久荷載分項系數1.2，可變荷載分項系數1.4，則每根立桿承重共計1.2×30.375+1.4×2.43=39.852 kN。根據《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》，步距1 000 mm時計算長度l0=ηh=1.6×1.0=1.6 m，長細比λ=l0/i=1 600/15.9=100.63，穩定系數φ取0.467，立桿穩定性計算N/φA=39.852/(0.467×450)=189.6 MPa≤f=300 MPa，立桿承載力穩定性滿足要求。

5.3 繩鋸切割

根據切割路線，混凝土支撐切割時繩鋸直接套在支撐外表面切割，圍檁切割時將繩鋸穿過預埋孔切割。在適當位置安裝膨脹螺絲，用來固定切割機與導輪后再進行切割。

混凝土支撐上表面兩角預先采用風鎬鑿出4根主筋并在吊裝前保證主筋不被切斷，繩鋸穿過這預留4根主筋進行混凝土支撐切割。切割混凝土支撐時，支撐中間段兩端頭切割成倒八口形式，防止支撐下落。吊裝混凝土支撐時，再用氧氣乙炔割斷預留4根主筋，將分段混凝土支撐吊出基坑(混凝土支撐切割面見圖5)。

混凝土塊切割步驟原則。豎向順序：混凝土支撐切割時應結合主體結構的施工進度和結構的強度增長。縱向順序：相應的結構段施工順序。橫向順序：先中間后兩邊，先支撐后系梁，最后圍檁；先直撐后斜撐，斜撐從外向內拆。

5.4 混凝土塊吊裝

混凝土支撐分段切割后進行起重吊運，設置兩道吊點，采用鋼絲繩將混凝土塊整體兜住，在支撐的四個角部必須采用柔性材料(舊橡膠輪胎等)對鋼絲繩進行保護，防止剪切破壞。鋼絲繩水平夾角控制不小于45°。

以3.5 m長度為例，現場支撐長度切割最長不超過3.5 m，其吊點分布為L1=1 m，L2=2 m。

預留鋼筋安全驗算：混凝土支撐切割后上層鋼筋受力最大為Fmax=12.6×10=126 kN，按HRB400 φ25鋼筋驗算，屈服強度fq=400 MPa，抗拉強度設計值fy=360 MPa，剪切強度設計值fv取0.6倍抗拉強度設計值，所以單根鋼筋抗剪力為Fq=105.98 kN，預留4根φ25鋼筋抗剪總屈服力4×Fq=423.9 kN>Fmax=126 kN，因此上排鋼筋抗剪驗算安全，支撐切斷后可以承受支撐重量，能夠保證支撐不墜落[8]。

5.5 混凝土塊外運

混凝土塊吊裝出基坑后，直接裝上平板車外運至指定地點，嚴禁放置于基坑邊緣，減少基坑周邊荷載。基坑內部殘余的混凝土塊，配合足夠勞動力、風鎬，隨破碎隨將渣土運至地面指定地點堆放。坑內渣土的清理按所劃分施工區域，集中力量清理干凈，為下一步工序盡快投入施工創造條件。

6 結語

通過濟南黃河隧道工程南岸工作井狹小空間下混凝土支撐施工，有效避免了高地下水位復雜地質條件下地連墻槽壁坍塌風險，保證了地下主體結構側墻防水和側墻施工工序的有效進行，達到協同施工的目的。為盾構順利穿越黃河創造了條件。