解决深基坑混凝土内支撑支护体系与地下室结构碰撞的关键技术

昆明春之眼商业中心由2栋超高层摩天大厦与高端商业中心组成。 主塔77层，高407m； 副塔71层高308m； 商业裙房地上9层，高49.8m，是云南省首个超400m的超高层建筑。

1??基坑工程概况

本工程周边环境及地质条件复杂，基坑东侧有两处文保建筑，距基坑边6?m,12m。地铁2号线距基坑东侧25?m，地铁6号线距离基坑西侧30m。西侧有盘龙江通过，堤岸距离基坑最近仅17m。

基坑采用地下连续墙+三道混凝土内支撑，地下连续墙为两墙合一构件，厚1000mm，地下连续墙总长45m，嵌固23m。基坑深22.7m，面积为 3.4万㎡，周长810m，属于深大基坑。双圆环混凝土内支撑直径分别为104m和96m。

第一道支撑与负2层梁板净空为700mm。第二道支撑与地下3层梁板净空为1000?mm。第三道支撑与负5层梁板净空为300mm。基坑支护结构主体结构关系如图1所示。

图1??基坑支护结构主体结构关系

2??碰撞识别

使用BIM技术对地下室结构模型与基坑支护模型进行碰撞检查，发现6种不同类型的碰撞，共1718个碰撞点，具体碰撞情况见表1。

表1??碰撞检查结果

为解决碰撞点对主体结构施工的制约，通过设计计算及比选，确定使用型钢对内支撑格构柱进行节点托换。该做法安全可靠、经济性良好、操作性强，可避免主体结构施工的阻碍工况，确保基坑安全 可控。

3??解决格构柱与结构梁碰撞的关键技术

格构柱与结构梁碰撞有2种处理办法：一是结构梁在该处暂时中断，待支撑拆除后补做，这一做法需取得结构设计单位同意；二是格构柱在结构梁位置进行托换。由于设计单位不同意结构梁后做，故采用型钢托换设计方案。

通过设计计算，明确托换节点的型钢规格、安装顺序、焊接要求及验收标准。托换构件验收完成后割除碰撞部位原碰撞位置的内支撑格构柱，割除需严格按设计计算的范围进行控制并进行严格监测。利用钢材的高强度性与可加工特性，将型钢焊接在与其碰撞的格构柱上，成为传递竖向荷载的替代构件，在确保替代构件满足验收条件后，可对原内支撑格构柱进行切割或开洞，使结构梁钢筋顺利贯通，以确保结构梁钢筋与混凝土的完整性。

3.1??托换设计

通过设计计算，采用如图2所示的型钢托换结构，单次安装的托换型钢结构可解决两层结构梁的碰撞问题。托换结构包括主梁、连系梁、立柱，型钢材质均为Q235B，规格分别为[40a, [14a, [36a槽钢，所有焊缝均采用角焊缝，焊脚高12mm。

图2? 格构柱与结构梁托换示意

3.2??托换节点受力计算

为保证格构柱在结构梁位置托换安全进行，针对第一道支撑下方的托换节点（主要位于地下1层和地下2层结构梁）和第二道支撑下方（主要位于地下 1层和地下2层结构梁）的结构进行计算分析。

根据计算，第一道支撑作用在立柱的最大垂直荷载N1=1?500?kN；第一道及第二道支撑作用在立柱的最大垂直荷载N2=3?600?kN，基于此采用结构力学杆系有限元程序得到上述2种节点的内力和变形计算结果如下。

3.2.1??第一道支撑格构柱柱托换节点的计算结果

经计算，托换结构完成，截断原立柱各肢角钢后立柱的沉降最大值为2.64?mm，在原设计安全范围内。托换结构完成，截断原立柱各肢角钢后节点结构各构件的弯矩、轴力和剪力结果均在安全范围内。

3.2.2??第二道支撑下方立柱托换节点的计算结果

经计算，托换结构完成，截断原立柱各肢角钢后立柱的沉降最大值为5.57?mm。此值在原设计安全范围内。托换结构完成，截断原立柱各肢角钢后节点结构各构件的弯矩、轴力和剪力在安全范围内。

针对结构梁与格构柱碰撞问题提出计算模型和解决方案。在变形控制条件下，采用型钢托换解决了大量的结构梁与格构柱的碰撞问题，形成了内支撑碰撞处理综合技术，其特点为操作便捷、安全可靠，可用于内支撑结构中的格构柱碰撞托换处理。

3.3??托换构件安装顺序

平面及模型中B值确定→A/B片地面加工→ A片吊装临时固定→B片吊装临时固定→AB片主框架连接件安装→主焊缝焊接（图3）。

图3 ??安装顺序

（a）平面及模型中B值确定；（b）A/B片地面加工；（c） A片吊装临时固定，B片吊装临时固定；（d）AB片主框架

连接件安装主焊缝焊接

3.4??平面及模型中B值确定及加工

为便于在地下室结构施工过程中穿插碰撞点托换，需减少托换型钢结构安装时间，以避免工作面交叉影响。

托换型钢结构设计为对称的AB片，AB片分别在地面上完成拼装焊接，经验收合格后吊至作业点。其中AB片与格构柱中心轴线的距离为B，由于每个碰撞点需在模型和实际定位中测定B值，导致每个托换部位的型钢宽度尺寸均不相同。在保证结构稳定的同时，还需保证每个碰撞点位的梁钢筋安装、梁模板支设有足够的施工空间。

3.5??主框架连接件安装

主框架构件由立杆（［36a）、主梁（［40a）、连系梁（［14a）组成。拼装顺序为：搭设拼装胎架（抄平）→安装立柱→安装主梁→安装连系梁→验收。主框架构件拼装完成后，在构件最顶端主横杆设置吊耳。使用塔式起重机吊至待托换格构柱工作面，采用两点吊装法，以确保主框架构件平稳吊装。

A/B片构件分别拼装验收完成并吊至托换作业面后，使用电动葫芦，将构件吊至预设部位，校正完成后与格构柱将最顶部与最底部与格构柱焊接；在A/B片安装完成后，安装连接件，将A/B片连为整体。

由于格构柱处于受力状态，焊前须对格构柱进行严格的打磨除锈，确保无杂质；从一端往另一端焊接；采用分段跳焊，即每段焊接100mm长，间隔100mm不焊，每次焊接间隔3~5min，确保格构柱母材温度不大于100℃；根据设计最小焊脚尺寸要求，主构件与格构柱焊缝尽量采用单道焊缝，以减少热输入量。

3.6??支撑格构柱标记切割

支撑格构柱必须严格遵守先托换再切割的原则，采用火焰工艺切割。格构柱角钢，仅能切除两肢，同时适当调整钢筋排布间距。切割前在现场放样，使用记号笔标记切割范围，切割前需严格执行报请制度。切割完成后，支撑顶部不允许额外堆放材料。

4??格构柱与结构柱碰撞的关键技术

同一位置格构柱与结构柱完全重合出现1处，重合范围分别为地下5层、地下4层、地下3层、地下2层。

经对立柱托换的整体和局部稳定进行计算。格构柱按三道支撑+堆载时的最大荷载为5000×103N，经计算托换后最大承载力为6.019×106N，承载力满足要求。

格构柱与结构柱托换处理方式：离格构柱1000?mm，新施工托换钢柱如图4所示。

图4??格构柱与结构柱托换示意

托换钢柱使用H700×300×13×24双拼立柱。托换柱施工完成并验收合格后，割柱内格构柱对称两肢角钢，掏出格构柱内所有混凝土、残渣。格构柱剩余角钢全部包在结构柱内，结构柱内箍筋改为单 肢箍。

5??格构柱穿楼板处理

地下4层、3层、2层楼板均被格构柱穿过。针对此类碰撞点采用结构板留洞，待格构柱拆除后再进行补强浇筑。具体处理措施如下。

（1）在距格构柱边50mm部位采用快易收口网或钢丝网拦设施工缝，严禁将混凝土浇筑至格构柱 边，以免影响格构柱切割。

（2）楼板钢筋在格构柱截面中线切断，并在施工缝后浇区域向上弯折。

（3）格构柱拆除恢复上弯钢筋并进行焊接，洞口凿毛至露出石子，清理冲洗干净后浇筑高一等级微膨胀混凝土（图5）。

图5 ??格构柱穿板洞口处理

（a）示意1；（b）示意2

6??结束语

（1）昆明春之眼商业中心深基坑格构柱通过设置托换构件，成功解决了超大基坑混凝土支撑梁临时支撑结构碰撞点制约主体结构施工的难题，确保了基坑和主体结构的安全，托换效果良好。

（2）与常规做法相比，型钢托换体系节约工期75%，节省劳动力40%，降低主体结构施工的安全风险，确保基坑临时支撑结构及周边环境安全，节省安全投入。型钢托换体系使用效果说明该体系在超大深基坑托换工程中的运用是成功的，施工安全得到了可靠保证。