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深圳平安金融中心超深基坑混凝土支撑拆除关键技术

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1 工程概况 深圳平安金融中心( 简称PAFC) 主塔楼地上118 层,地下5 层,将建成为国际一流、可持续发展的、具有智慧型办公、商业、观光等综合功能的城市建筑。其总建筑面积458292㎡,占地面积18931. 0㎡,基坑面积17150㎡,槽底标高-33. 500m。基坑支护采用排桩+ 内支撑+ 锚索,支撑平面为双圆环形式,其中北侧主塔楼区为适应主楼8 根巨柱的后期结构施工,采用内套小圆环形成双环结构,如图1,2所示。



1 工程概况



深圳平安金融中心( 简称PAFC) 主塔楼地上118 层,地下5 层,将建成为国际一流、可持续发展的、具有智慧型办公、商业、观光等综合功能的城市建筑。其总建筑面积458292㎡,占地面积18931. 0㎡,基坑面积17150㎡,槽底标高-33. 500m。基坑支护采用排桩+ 内支撑+ 锚索,支撑平面为双圆环形式,其中北侧主塔楼区为适应主楼8 根巨柱的后期结构施工,采用内套小圆环形成双环结构,如图1,2所示。


图1 支撑示意

图2 支撑实况



支撑截面最大为2200mm×1200mm,钢筋?32,?28,?25,?12,支撑梁混凝土强度等级C30、环撑为C40。钢管混凝土柱根据荷载不同选用?900,?800,?700 不等,壁厚20mm,内灌C30 混凝土。内支撑混凝土用量大( 约3 万m3) 且强度高( 强度等级为C40) 、钢筋用量大( 钢筋量约6 300t) 。

该项目地处深圳市福田中心区,由福华路、益田路、福华三路及中心二路围成。周边大型建筑物密集( 北边紧邻电信枢纽大厦、东边紧邻卓越大厦与深圳国际商会中心、西边紧邻COCOPARK) ,紧邻地铁( 北侧紧邻正在运营的地铁1 号线,东侧为正在建设中的广深港客运专线) ,环境复杂,对变形控制异常敏感。


 



2 支撑拆除方法选择


随着城市化进程不断深入,超高层建筑高度不断刷新,相应的基坑也越来越深。由于地处市中心,为满足地铁等对环境变形异常敏感的地下建( 构) 筑物的容许变形需求,支撑体系往往只能选用钢筋混凝土内支撑,这就造成了后期支撑拆除方法的选择异常困难。拆撑对基坑及地铁隧道的变形影响较大。内支撑拆除施工与主体结构施工交叉进行,支撑拆除工期紧迫。支撑梁截面大、强度高、配筋量大,尤其是腰梁和环梁,拆除难度大。拆撑过程中,下层结构插筋的成品保护困难,爆破时产生大量的粉尘容易引起周边居民的不满。上述一系列问题又严重制约了支撑拆除的进度。

由于基坑超深、混凝土支撑内力大,若采取直接爆破拆除会导致支撑内力瞬间释放,将对基坑支护和周边环境产生巨大影响。为保证基坑安全,尤其是周边地铁的持续运营,本次支撑拆除采取静爆( 静态破碎) 卸载与明爆( 控制爆破) 破碎相结合的方式拆除,即先采用静爆拆除支撑与腰梁的连接处,使支撑内力得以缓慢释放; 剩余部位采用明爆方法拆除,拆除时控制单次起爆量,采用延期分段起爆技术,并加强基坑监测和爆破振动监测,保证地铁隧道及支护体系的安全。


 



3 支撑拆除施工  



3. 1 施工工艺流程

 

图3 支撑拆除工艺流程


3. 2 操作要点

3. 2. 1 支撑施工时预埋管


无论静爆还是明爆均需要在支撑梁上开孔,灌注静态膨胀剂或者装填炸药,一般明爆孔数约为静爆孔数的50%。因支撑断面大,所需开孔数量较多,如所有孔均后期采用钻机开设,则所需时间长,大大影响拆撑进度。预埋管法可很好地解决上述问题,但预埋管较多则会削弱支撑的受力性能。因此本工程前期仅预埋50%的管,如果后续采用明爆拆除基本可满足; 如果采用静爆,则采用钻机再引另外50%的孔。

支撑施工时预埋套管分2 种: 一种是在支撑钢筋外即在混凝土保护层内预埋PVC 管,便于下一步人工剔凿保护层; 另一种是在设计孔位置预埋硬纸管,静态破碎或控制爆破时,直接清孔后装填静态膨胀剂或炸药,如图4 所示


图4 支撑预埋管示意


3.2.2 安全防护及成品保护


支撑下表面搭设满堂红脚手架,上侧满铺竹胶板,承接支撑自重及作为施工人员的操作平台。脚手架搭设高度随支撑至结构楼板高度而定,如图5所示。


图5 支撑拆除防护示意



为防止地下室基坑支撑拆除过程中废渣对下层结构墙、柱插筋及外墙防水造成严重破坏,采取以下措施进行保护。


1) 对下层结构柱插筋的保护


下层结构柱能穿过上道支撑顶面先行浇筑至上层结构梁底。下层结构柱未能先行浇筑时,预留的插筋端头套上钢筋套,并将插筋缠上布胶带。


2) 对下层结构内、外墙插筋及防水保护


采用搭设钢管保护棚,扣件式钢管架上铺木方和模板,插筋对应模板位置穿孔。露出保护棚部分插筋缠上布胶带并在端头套钢筋套,如图6 所示。


图6 地下室内、外墙插筋及防水的成品保护


3.2.3 静态破碎


本工程先采用静态破碎法拆除基坑支撑与腰梁的连接处,随后其余部位采用控制爆破方法拆除,则爆破产生的应力不至于传到护坡桩及坑外。静态破碎法,主要工作原理是在钻孔( 或预留孔) 中灌注静态膨胀剂,静态膨胀剂发生水化反应使晶体变形,产生体积膨胀,从而缓慢、静静地将膨胀力( 可达30 ~ 50MPa) 施加给孔壁,经过一段时间后达到最大值,12 ~ 24h 后使混凝土产生裂缝而破碎,再用小风镐进行集中破碎清运。

支撑梁与腰梁连接处断口截面为倒梯形,上口1m,下口0. 3m; 封板与腰梁连接处断口截面为长0. 3m 的矩形,如图7 所示。


图7 支撑梁与腰梁连接处断口截面


1) 补钻孔


用凿岩机在支撑梁顶部打孔,孔距500px,排距625px,孔深为支撑梁顶至支撑梁底往上250px 成孔;打孔完毕后为防止杂物进入孔内,采用专用盖子封堵。


2) 支撑保护层剔凿及箍筋切割


静态破碎原理为膨胀破碎,为减少钢筋对混凝土静爆的约束,先行将支撑上表面及两侧面混凝土保护层剔凿掉,并用气割将上铁钢筋、腰筋及箍筋割断。为确保安全,支撑下铁暂不割断。


3) 清孔


使用气泵将孔穴内的灰尘吹尽,然后使用棉纱将孔堵死,以防灰尘再次进入孔穴。


4) 灌静态膨胀剂、静态破碎


静态膨胀剂灌注至距孔洞上表面125px 处,停止灌注,用木屑将其封堵严密,经过24h 自然膨胀,使支撑破碎。

施工时在药剂中加入22% ~ 32% ( 质量比) 的水( 具体加水量由颗粒大小决定) 拌成流质状态( 糊状) 后,迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。粗颗粒药剂水灰比调节到0. 22 ~ 0. 25 时静态破碎剂的流动性较好,细粉末药剂水灰比在32%左右时流动性较好。在混凝土刚开裂后,可向裂缝中加水,支持药剂持续反应,可获得更好效果。

宽厚支撑采取在不同时刻装药,先装外皮,每隔1h 依次向内装填,依次起爆,可减少对起爆点的约束,达到更好的爆破效果。

每次装填药剂,都要观察确定混凝土、药剂、拌合水的温度是否符合要求。灌装过程中,已经开始发生化学反应的药剂( 表现为开始冒气和温度快速上升) 不允许装入孔内。从药剂加入拌合水到灌装结束,这个过程的时间不能超过5min。


5) 人工破碎


灌药24h 后人工采用风镐、大锤等手动工具进行剔凿破碎。将其破碎为直径< 250px 的渣土,通过自溜渣槽运至下层楼板,及时运走,注意不要集中堆放导致超载。


 

3. 2. 4 控制爆破


支撑与护坡桩腰梁断开后,坑内支撑采用控制爆破拆除。随着毫秒延期雷管的出现,爆破技术的日益成熟使深基坑支撑梁爆破拆除成为较为成熟的施工方法。爆破拆除工期短、效率高、性价比高,可满足施工需要。施工中采用延期分段起爆技术,可将爆破振动控制在周围建( 构) 筑物安全振速内;在爆破中加强覆盖防护可防止混凝土块逸出从而造成对周围建( 构) 筑物的破坏; 在爆破前采用预处理和铺垫保护层的方法,使保留的立柱、支护桩免受爆破振动的影响,以及地下室顶板免受爆破拆除下的支撑梁的冲击破坏。


3.2.4.1 爆破参数选择


1) 孔网参数根据支撑的具体尺寸、配筋、混凝土强度等级、支撑位置、最小抵抗线及周围环境等情况确定相关参数: ①抵抗线W 取250 ~ 350mm;②孔距a 取600 ~ 800mm; ③ 排距b 取300 ~500mm; ④孔深L 略大于截面高度的70%,根据截面尺寸调整,误差± 5%。


2) 药量参数


Q = KaBh /n ( 1)式中: Q 为单孔药量; K 为炸药单耗,与混凝土强度、钢筋配筋等相关,根据相关经验K 取值为1. 0 ~1. 3kg /㎡ ;a 为孔距,与抵抗线、截面宽度等相关; B为支撑截面的宽度; h 为支撑截面的高度; n 为布孔排数。

根据支撑梁的宽度钻多排、双排或单排孔; 多排、双排孔时,交错布孔,均匀装药,达到爆破后破碎充分; 钻孔深度约占待拆除支撑梁高度的2 /3,钻孔的深度按照设计深度正负误差≤5%,装药前逐孔验收,不符合要求的炮孔予以校正或重新打孔。


3. 2. 4. 2 装药结构及起爆网路图( 见图8)

图8 非电簇联双起爆网路



采用?32 乳化炸药装药,在装药前一天验孔,不合格炮孔予以修补或重新打孔。为防止杂散电流影响起爆网路,孔内采用高段( 12 ~ 20 段) 非电毫秒延期雷管,孔外采用低段( 2 ~ 4 段) 毫秒雷管; 为防止地震波的叠加,相邻延期时间控制在25 ~ 50ms为宜。

采用2 发非电雷管直接绑扎6 ~ 7 个炮孔形成1 个单元起爆体,腰梁绑扎3 个炮孔,捆绑时注意聚能穴方向与导爆方向反向; 孔内采用高段雷管,孔外主线采用3 段延期、支线采用4 段延期; 起爆时,采用双激发针起爆,确保起爆网路的安全。施工中采用同厂、同批次的火工品; 使用前进行外观检查,确保网路可靠起爆。


3.2.4.3 爆破拆除程序


为实现逐步卸截、合理卸载,以确保基坑自身的安全和周边建( 构) 筑物安全,拆除顺序应遵循先周边后中心的原则。为保证爆破效果,每个施工区内分多步拆除,拆除顺序为: 封板( 若有) →剔凿封板与支撑梁连接处残留混凝土→短跨方向支撑梁→剔凿短跨梁与长跨梁连接处残留混凝土→长跨方向支撑梁→腰梁→圈梁。节点爆破拆除时,采用孔内、外延期相结合的起爆网络,外圈即时起爆,内圈依次微差分段起爆,既限制每段起爆药量,保护了主要节点上的钢立柱,同时又能增强爆破效果。


3.2.4.4 爆破实施


1) 现场安全防护在所拆支撑边缘搭设脚手架外防护,在上道撑孔洞位置设置安全防护。

2) 布孔、打孔、清孔、验孔由爆破工程技术人员技术交底,在图纸上指导钻孔人员严格按设计的孔网参数钻孔,如位置、孔间距等; 利用凿岩机在支撑梁顶部打孔,孔径38 ~ 42mm。在装药之前用空压机进行清孔并在装药前验孔。

3) 装药、网路布线、填塞按照设计的装药量装药,确保堵塞长度及质量,按照设计要求进行孔内、孔外延期。用木制炮棍将孔内的炮泥压实、填满,注意保护导爆管雷管的塑料导爆管或电雷管的脚线。

4) 警戒爆破网路连线、覆盖防护好后,爆破时,爆区基坑内一切人员撤离爆区,撤到基坑外侧,马道及楼梯口设立警戒人员,严禁无关人员靠近。

5) 起爆起爆由专人完成,待爆破负责人发出起爆命令后,将起爆网路的主线接到起爆器,按照命令充电起爆。

6) 警戒解除爆破完毕5min 后,爆破人员进入现场检查爆破情况,在确认安全后,由爆破总指挥发出解除信号,各点上的警戒人员方可解除警戒。

7) 切割钢筋爆破完成后支撑梁钢筋及连续在立柱上的钢筋进行切割。

8) 渣土废料清运人工、铲车配合塔式起重机( 或汽车式起重机) 将渣土及废料运至地面后清运出场。

物料的垂直运输能力一定程度上决定了支撑的拆除工期。在支撑拆除过程中产生大量混凝土渣土,渣土堆积高度应控制在800mm。通过人工配合小型铲车联合清除,为确保铲车在底板上行走顺畅,根据现场情况,确定铲车行走路线,并且在该路线处插筋绑扎成束后弯折。考虑拆撑阶段楼板承重较大,需保留下部2 层模板支撑架。


3.2.4.5 监测、监控

1) 基坑及周边环境监测


支撑拆除对周边环境及支撑结构本身都将产生影响。由于支撑拆除前后是一个结构受力转换过程,支撑内力重分布,这将导致支撑结构的内力变化和变形、周边土体沉降变化及改变周边建筑的受力状态,因此及时掌握支护结构和周边环境的附加影响显得尤为重要。

在拆除内支撑结构前以及整个拆除过程中对基坑、地铁及周边建( 构) 筑物进行内力和位移监测,做到信息化施工。首先是在支撑拆除前,对基坑位移和内支撑梁的内力进行监测,根据监测结果得出内力分布情况,卸荷时根据内力分布情况做到均匀卸荷,在卸荷过程中监测内力重分布情况,及时汇报。支撑拆除过程中对基坑及地铁进行了实时监测,通过监测数据表明,周边变形在设计允许范围内。


2) 爆破振动监测


在爆破过程中需满足地铁隧道内产生的振动速度≤1. 50px /s。爆破时在基坑靠近地铁处设置测振监测点,采用爆破振动记录仪进行测振。根据测振结果优化爆破参数,确保爆破作业在安全、有序的良性循环中进行。爆破中经过实时监测,爆破振速在设计控制范围内。





4 结语


深圳平安金融中心基坑内支撑拆除采用静爆卸载与明爆破碎相结合的拆除方法,解决了城市中心区紧邻地铁超大超深基坑内支撑拆除遇到的施工难题,成功摸索出超大超深基坑混凝土内支撑拆除关键技术。

静爆卸载与明爆破碎相结合的方法为: 首先静态破碎断开支撑梁与腰梁的连接,使支撑内力得到缓慢卸荷,大大减弱了由于爆破作业产生的振动冲击; 然后采用控制爆破拆除剩余支撑,拆撑进度快;同时在拆撑过程中对基坑及周边环境沉降、受力及振动速度进行实时监测。

采用本方法达到了如下效果: ①确保了基坑周边环境的安全; ②快速拆除大断面内支撑,满足了施工工期要求; ③采用静爆与明爆相结合的方式,降低了施工成本。对类似基坑( 超深基坑、基坑周围紧邻地铁环境复杂、工期紧等特殊工况) 的混凝土内支撑拆除工作将起到很好的借鉴作用。




来源:东合南地下钢结构。

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