超深基坑內支撐拆換撐過程中水平荷載在沉降后澆帶中傳遞的研究與應用

張相平，喬會丹，邢琦，曹江，代世杰，王云鑫

（1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東深圳 518048；2.艾奕康設計與咨詢（深圳）有限公司，廣東 深圳 518052；3.深圳市創美景達房地產開發有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

隨著我國經濟的飛速發展，各地城市建設規模不斷擴大。由于城市土地緊缺，地下空間綜合利用問題越發重要，成為制約城市建設快速發展的關鍵問題之一。地下空間的開發既要面對建設要求的技術挑戰，又要面對土地制約的需求壓力，向地下要空間已然成為城市化建設破解發展空間瓶頸難題的重要手段。其中，超高層建筑不但高度高，而且其地下室深度也較深，往往設計為5~7層地下室，由于土地空間的限制，大量的內支撐結構也廣泛應用在基坑中，其內支撐結構在拆除過程中需將支護荷載傳遞至主體結構，而主體結構周圍一圈沉降后澆帶阻斷了水平力的傳遞，故不能及時拆除，進而影響施工工期。本文基于星河雅寶項目，創新使用了一種內支撐拆換撐過程中水平荷載在沉降后澆帶中的傳力方法，提前插入了內支撐的拆除，實踐效果良好且內支撐已拆除完成，結構安全可靠。

2 工程概況

星河雅寶高科創新園四A地塊位于深圳市龍崗區坂田街道，占地面積3.88萬m2，總建筑面積35.44萬m2，項目由5層地下室及4棟建筑組成，其地塊北側4-1棟塔樓為74層超高層塔樓，結構高度為338.1 m，結構形式為帶加強層的框架-核心筒結構。

基坑支護采用支護樁+放坡+內支撐，開挖深度為26.6~33.8 m，東北角設置5道鋼筋混凝土內支撐，該內支撐梁軸力最大為23 905 kN，北側支護為直徑1.4 m的咬合三排樁+預應力錨索支護體系[1]，其三排樁內側兩排樁均需逆做拆換撐[2]，實現三排樁拆除與結構逆作施工內力轉換的協同工作。三排樁拆除傳遞至結構樓板的水平軸力從1F到B4層依次為：395 kN/m，1 161 kN/m，919 kN/m，896 kN/m和1 452 kN/m。三排樁南側為4-1棟塔樓，塔樓周邊設置有一圈寬度為1 m的沉降后澆帶，沉降后澆帶總長度為232.845 m（見圖1）。因其支護荷載過大，三排樁拆換撐過程中需地下室結構板全部封閉，4-1棟塔樓周邊沉降后澆帶封閉，水平荷載可水平傳遞。因此，對如何確保三排樁支護及時拆除成為本工程的一個難點。

圖1 基坑支護及沉降后澆帶平面示意圖

3 施工難點分析

根據GB 50108—2008《地下工程防水技術規范》第5.2.4條規定：后澆帶應在其兩側混凝土齡期達到42 d后進行施工，但高層建筑的后澆帶應在主體結構頂板封頂澆筑混凝土14 d后進行施工。本項目設計藍圖中注明的沉降后澆帶除另有說明外，需待主體結構封頂后澆筑混凝土，進而限制三排樁拆除水平荷載的傳遞，影響三排樁覆蓋范圍地下室結構開始施工時間。

根據工期及施工部署要求，地下室結構需進行封閉，作為塔樓結構施工的材料堆場使用，因北側三排樁支護最大水平傳遞軸力為1 452 kN/m，根據支護及三排樁拆除水平荷載傳遞需求，三排樁拆除的前提條件為地下室結構全封閉及4-1棟塔樓結構施工完成，故其三排樁拆除及相應范圍地下室結構施工是整個工程建設的關鍵線路。

4 型鋼傳力帶方案介紹

逆作法施工區域劃分可分為土體支護結構、逆作區、順作背頂區。逆作施工前，基坑支護方式為基坑內預留土坡+多排樁支護，最終完成的地下室，需要挖除此部分土坡及支護樁。逆作施工時，其水平力傳力路徑為：土體→支護樁→樁與墻連板→逆作區結構樓板→背頂區（塔樓結構），因逆作法施工時，4-1棟塔樓（74層）僅施工到約第10層，地下室塔樓周邊沉降后澆帶未封閉，水平力無法傳遞到背頂區結構，本項目在沉降后澆帶中采用型鋼梁傳遞水平力（見圖2），使三排樁拆除后支護荷載在沉降后澆帶中能夠有效水平傳遞。為確保型鋼傳力的有效截面，需將后澆帶兩側的樓板采用增加邊梁或結構板加厚，以滿足傳力裝置埋件預埋，施工時先施工一側結構，其傳力帶的埋件及傳力桿同步進行施工，另一側需待相鄰結構施工時進行埋件預埋及與混凝土結構同步澆筑。

圖2 型鋼傳力帶三維模型

5 型鋼傳力帶設計及加工制作

型鋼傳力帶包括預埋在后澆帶兩側樓板或邊梁上的錨板和傳力用的工字鋼梁，具體做法如下：

1）B1~B4層型鋼采用H200 mm×200 mm×16 mm×16 mm，材質Q345B，長1 000 mm，間距1 500~2 000 mm；

2）1層型鋼采用H200 mm×200 mm×12 mm×12 mm，材質Q345B，長800 mm，間距2 000 mm；

3）型鋼兩端通過埋件與混凝土板相連，錨筋4D22，埋板280 mm×28 mm×22 mm；

4）后澆帶兩側樓板根據型鋼梁高度加厚，后澆帶封閉時，可直接把型鋼整體澆入樓板方便施工。

根據圖紙及深化設計，確定傳力帶的長度和數量，由專業加工廠制作加工，其一端錨板同傳力工字鋼梁于工廠加工完成，另一端錨板于現場預埋完成后進行焊接。

6 型鋼傳力帶支撐荷載驗算

根據結構設計及支護拆除后荷載大小，通過MIDAS軟件建立三維受力模型，對其受力情況進行縫隙復核，其計算簡圖如圖3所示。

圖3 型鋼傳力帶計算模型簡圖（單位：kN/m）

根據圖4可知，其B3層型鋼梁應力較大，最大值為290.2 MPa；B2層最大應力為275.6 MPa；B1層最大應力為265.4 MPa；B4層最大應力為192.8 MPa；1層最大應力為130.7 MPa。以上樓層型鋼梁應力均小于鋼材強度設計值305 MPa，型鋼梁強度滿足要求。

圖4 型鋼梁應力圖

型鋼傳力帶驗算比圖如圖5所示。B3層型鋼梁組合（包括長細比、強軸和弱軸穩定）驗算比較大，最大值為0.99；B2層最大驗算比為0.95；B1層最大驗算比為0.91；B4層最大驗算比為0.66；1層最大驗算比為0.76。型鋼梁穩定性滿足要求。

圖5 型鋼傳力帶驗算比圖

綜上所述，其沉降后澆帶中的型鋼梁穩定性及驗算比均滿足要求。

7 操作要點

1）型鋼傳力帶安裝及加工需分兩部分，其中一部分為錨筋+錨板+型鋼為一體，另一部分為錨筋+錨板為一體，施工過程中兩部分分別隨兩側結構施工依次進行預埋；

2）對于鋼筋與埋板碰撞部位的鋼筋采用彎錨焊接形式焊接于埋板上，避免影響混凝土結構鋼筋的含鋼量。

3）待兩側混凝土強度達到設計要求及拆換撐施工前，將型鋼傳力帶兩部分通過角焊縫進行焊接成一個整體；

4）焊接完成后對每個傳力帶埋件與混凝土接觸面進行檢查，對于混凝土不密實或有松動石子的需要鑿除清理，并用清水沖洗干凈后采用C80高強灌漿料進行逐個灌漿密封，現場同步預留試塊，待試塊強度達到要求后方可進行相應樓層標高三排樁拆除施工，其型鋼傳力帶方能完全受力。

5）待三排樁拆除完成后，在4-1棟結構封頂后42 d和支護結構沉降觀測數據趨于穩定后進行沉降后澆帶澆筑封閉，后澆帶澆筑采用高一標號微膨脹混凝土。

8 結語

本工程中，通過計算分析設計了一種型鋼傳力帶，其在沉降后澆帶中的應用，有效解決了因沉降后澆帶無法及時進行封閉導致內支撐結構不能及時拆除，從而影響整個施工部署安排。型鋼傳力帶的應用，實現了超大支護荷載在結構中的水平傳遞，確保內支撐結構拆除過程的支護安全。通過星河雅寶高科創新園四A地塊項目實踐良好，為今后超深基坑其內支撐拆除因沉降后澆帶無法及時封閉不能提前施工提供了有效的經驗。