井筒式超深基坑混凝土内支撑拆除施工技术

1　工程概况

某项目处于濮阳市城市老城区，设计为地下立体停车库井筒式深基坑，平面尺寸为长30?m×宽18?m，基坑形状为长方形，基坑开挖深度为35.09?m，安全等级为一级，属于超深基坑工程。 

基坑围护结构采用850?mm厚TRD等厚水泥土地下连续墙作为止水结构，?直径为1.2?m排桩+7道混凝土支撑作为挡土结构。井筒式立体车库基坑支护BIM效果如图1所示。

图1　井筒式立体车库基坑支护BIM效果

7道混凝土支撑均采用C40混凝土，混凝土内为支撑梁，截面尺寸由上至下分别为第1道以及第2道900?mm×900?mm、第3道为1?000?mm×1?000?mm、第4道及第5道为1?200?mm×1?400?mm、第6道及 第7道为1?200?mm×1?600?mm，混凝土支撑主筋均为HRB400 ?25，混凝土用量约1?496?m ³ ，钢筋用量约170?t。

项目位置位于濮阳市老城区中医院内，北临濮阳市主干道胜利路，南侧以及东西侧均为中医院框架结构，项目邻建围挡距基坑边为12?m，在项目北侧设置1处出入口，其余三侧无法进入，可利用场地仅为北侧出入口一侧区域，施工可利用场地狭小。

2　支撑拆除方案选择

2.1　工艺选择

（1）机械或风镐拆除分析。采用机械及风镐拆除时，作业空间要求宽阔，振动强烈，影响整个基坑安全，破碎后混凝土块坠落在支撑架上，影响拆撑安全，混凝土废渣清理困难，施工噪声较大。

本工程为地下深度约35.09?m的垂直式井筒基坑，竖向无水平向结构板且井筒面积仅560?m ² 。镐头机无法进入基坑内进行破除作业，如采用人工风镐破除施工，所产生的震动及噪声不仅会对围护结构、基坑支撑体系造成影响，而且会对医院周围环境产生较大影响，拆除所产生的粉尘污染不易控制，后期残渣以及废旧钢筋清理难度较大，且施工工期长。

另外，施工人员在基坑内作业通风效果不佳，因此结合工程特点，不予考虑该方法。

（2）普通爆破拆除分析。本工程处于城市中心区的运营医院内，爆破拆除对现有结构、围护结构以及周围建筑物影响较大，方案审批时间长，影响医院及周围环境安全，因此不予考虑该技术。

（3）静态爆破拆除。静态爆破是在混凝土支撑上提前预留200~300?mm的PVC管，或者后期人员钻孔后，采用人工剔凿剔除外围保护层并剔除环箍后，在孔道内装填膨胀剂，经8~12?h，内支撑混凝土产生裂缝并发展完全后，采用人工风镐破除，然后清理干净运送至施工现场。

此方案需耗费大量人工，且施工周期较长，填充膨胀剂前需搭设满堂操作平台，破除的混凝土散落在操作平台上，清理难度较大，消耗大量人工，因此不考虑该工艺。

（4）绳锯切割拆除。绳锯切割的施工原理是电动机、传动滑轮以及金刚石绳索组合而成后，通过绳索高速运转对混凝土进行切割，并形成完整的静力切割面。绳锯切割具有效率高、噪声低、无粉尘、无振动、安全性能高等特点，且切割完成面平整、易于分离，可连续作业，机械化程度高。

在实际施工中，混凝土成块切割后，可在基坑外侧设置1台起重机，将混凝土支撑调出外运，有效缩短工期，并可以解决施工场地空间狭小限制作业的 难题。

通过综合比较，本工程混凝土支撑梁拆除施工工艺选用盘扣架作为支撑架，绳锯切割机进行切割分段，160?t汽车式起重机配合拆除吊离场地，场外机械破碎解体的施工方案。

2.2　切割设备选择

本项目拟采用全液压切割机。

2.3　支撑拆称架体选择

目前通过对常用的脚手架进行综合分析，盘扣脚手架具有高效性、承载力大、安全可靠等突出特点，可广泛应用于承载力要求高、跨度大等危险性较大的工程中，可较好地保障施工进度和施工安全。

本工程在支撑梁底部搭设盘扣式钢管脚手托架作为承重支架进行混凝土内支撑拆除，混凝土支撑拆除后可作为施工操作平应用在主体结构施工上，进行二次利用。

3　换撑方案设计

为保证基坑混凝土内支撑拆除时基坑的稳定性，内支撑拆除前需在其下层主体结构施工完成后进行肥槽混凝土回填，然后进行相应的换撑板施工，且肥槽及换撑板混凝土强度均达到设计强度的75?%以上时，方可对基坑混凝土内支撑进行拆除。

换撑板共设置5道，标高依次为–27.950?m、–23.150?m、–18.550?m、–13.050?m、–7.550?m，换撑板板厚300?mm，混凝土设计等级C30，换撑板与格构柱同时拆除。

4　支撑拆除施工

4.1　施工顺序

井筒式地下室结构在基坑混凝土内支撑由下向上依次拆除后，再由下向上依次进行正作法施工，即拆除1道支撑、施工1层结构，水平内支撑的拆除与地下室的施工交叉进行。

基坑支撑拆除具体施工顺序：在工程基础和剪力墙施工完成后，采用素混凝土回填肥槽，当肥槽混凝土设计强度达到75?%后，拆除第7道支撑，然后向上施工主体结构剪力墙，施工剪力墙与基坑间肥槽采用混凝土回填，并施工1道换撑板，当肥槽及换撑板混凝土强度达到设计强度75?%后，拆除第6道支撑，按照上述施工安排依次向上作业直至最后一道混凝土支撑拆除。

平面施工顺序：考虑到应力平衡释放，先拆除四角的角撑，然后再拆除对撑及腰梁。

4.2　施工工艺流程

支撑拆除施工工艺流程如图2所示。

图2　支撑拆除施工工艺流程

4.3　施工要点

4.3.1　支撑施工预埋

为节约腰梁与排桩支护交界处混凝土支撑拆除绳 锯水钻开孔时间，便于穿金刚石链条以及支撑拆除后吊装作业。混凝土内支撑施工时在贴桩切割线交界处和腰梁以及支撑中间预埋PVC管。

腰梁与灌注桩切割线交界处预埋采用 DN ?50?PVC管，间距500?mm；外运吊装孔预埋 DN ?100?PVC管，吊装孔埋设在混凝土内支撑中部，排列间距每隔500?mm进行均布。若现场实际施工过程中预埋管切割孔或吊装孔无法使用，应采用水钻另行打孔处理。

4.3.2　支撑架搭设

（1）材料选择。立杆设计规格为直径48×3.2?mm Q345A；水平杆及竖向斜杆设计规格为直径48?mm× 2.5?mmQ235B；水平斜杆设计规格为直径48?mm×2.5?mm Q235B；支撑梁主梁采用10号工字钢直接搁置在立杆顶托内。满堂支架脚手板采用钢脚手板，或采用木模板搭设操作平台。 

腰梁混凝土支撑架体立杆设计采用直径48×3.0?mm扣件式钢管脚手架，顶托内设置直径48×3.0?mm双拼钢管与腰梁顶紧。

（2）支撑架设计及施工。井筒式地下立体停车库结构分为8个独立井筒，需在每个井筒内搭设满堂盘扣脚手架，操作平台支撑架体纵横杆按900?mm× 900?mm纵横向设计，混凝土支撑架体按600?mm× 900?mm横纵向设计。

混凝土对撑、角撑以及腰梁处支架应进行加密处理，加密处按照纵向600?mm×横向400~450?mm布置，井筒内支撑架横杆步距按1.5?m设置、局部按1.0?m设置，操作平台脚手架与混凝土内支撑脚手架按共用进行设计，应采用横杆连接为整体，盘扣架斜杆满布设置。

腰梁支撑架体搭设在肥槽及井筒侧壁上，采用普通扣式脚手架，架体按纵向600?mm×横向400~450?mm设计，在顶托内设置双钢管与支撑梁底顶紧，如图3所示。

图3　腰梁架体剖面示意

满堂支架采用成品冲压钢脚手板直接置放于盘扣脚手架横杆上，作为施工便道及物料平台或采用钢管、方木及模板搭设可拆卸式操作平台，如图4所示。

图4　满堂支撑架剖面示意

4.3.3　混凝土支撑拆除

（1）吊装机械选用。受施工场地狭小制约，汽车式起重机仅可在基坑北侧进行站位。根据汽车式起重机站位平面布置，在基坑北侧站位时，距离基坑南侧混凝土内支撑距离达20?m，根据汽车式起重机设备参数可知：160?t汽车式起重机在20?m范围内可安全起吊20?t，以最大混凝土内支撑最大截面计算可知：1.4×1.6?m×3.5?m×2.4?t=18.8?t。综上，采用160?t汽车式起重机时混凝土支撑切割长度应保证在3.5?m之内。

根据基坑设计要求，基坑四周堆放荷载不得超过30?kPa，即3?t/m ² ，查表可知，160?t汽车自重为71?t，配重为45?t，共计116?t。为满足基坑设计荷载堆放要 求，汽车式起重机展开钢托座后需配置2×6?m路基箱分散荷载。

（2）支撑梁切割分块。具体各层混凝土支撑切割长度根据分段编号图对支撑梁进行划线定位，确定混凝土支撑的切割长度和重量。按设计分割长度将切割线弹在支撑梁上，切割长度应充分考虑起重机的稳定性及起重荷载要求，混凝土切割块控制18?t以内。

本工程内支撑共计7道，混凝土内支撑900× 900?mm~1?200×1?200?mm不等，以160?t汽车式起重机进行分段重量进行核算，混凝土切割长度在满足计算安全吊装的允许范围内尽可能最大化，以达到切割工作量最小化，从而加快施工速度，提高经济效益。混凝土支撑切割应按设计方案准确放样，确保切割长度与理论长度基本一致，确保安全吊装，避免造成安全隐患。

支撑混凝土切割分段重量设计如下。

第7层：混凝土支撑梁截面尺寸为 1?200?mm× 1?400?mm和1?200?mm×1?600?mm，切割每块长 1.5~3.5?m重量为6~16?t。

第6层：混凝土支撑梁截面尺寸 1?200?mm× 1?400?mm和1?200?mm×1?600?mm，切割每块长 1.5~3.5?m、重量为6~16?t。

第5层：混凝土支撑梁截面尺寸为 1?200?mm× 1?400?mm和1?200?mm×1?200?mm ，切割每块长1.5~4?m、重量为6~16?t。

第4层：混凝土支撑梁截面尺寸为 1?200?mm× 1?400?mm和1?200?mm×1?200?mm，切割每块长1.5~ 4?m、重量为5~16?t。

第3层、混凝土支撑梁截面尺寸为 1?000?mm× 1?000?mm和1?000?mm×900?mm，切割每块长2~6?m、重量为4~15?t。

第1层及第2层：混凝土支撑梁截面尺寸为900?mm×900?mm，切割每块长1.5~6?m、重量为2~12?t。

基坑内角撑空间狭小部位以及160?t汽车式起重机覆盖距离远的位置尽量切割成小块吊运，待切割分离后采用160?t汽车式起重机运至基坑外空旷处进一步处理。

（3）混凝土支撑切割。

1）切割孔处理。根据已经定位的切割线，对已预埋的PVC切割孔进行清理，如预埋切割孔堵塞或不在分割位置时，需采用水钻开直径不小于65?mm的通孔，作为安装绳锯的切割孔。

2）切割施工工艺。现场接好电源、水源，依据切割孔位置，在操作平台上固定切割导轨，组装切割设备，设备组装完成后，穿金钢绳，并用液压钳接好接头。对切割面进行清理，将支撑切割线处阳角凿成圆弧角，因绳锯刚启动时，在直角处易移位，易造成混凝土碎渣飞溅。

通过控制器将链条收紧，切割过程中需密切观察切割设备，及时调整导向轮偏移，以确保切割绳保持在同一个平面内。

切割顺序按照“先角撑后支撑再腰梁”的原则，分段分割，在切割过程中适当调整电流、油压以及水流大小，确保切割顺利进行。

实际切割中切割面应保证一定的倾斜度， 原则上由中间向两侧进行切割，每道支撑首吊分块切，应切割成外斜边，以便于切割块体拉出并吊装。

切割过程中应保证机械设备及运行参数稳定，金刚石绳运转线速度在20?m/s左右，切割过程应保证水管畅通，调节水流大小，保证足够的冲洗液量，以确保对金刚石绳的高速运转进行冷却，并将磨削产生的粉屑带走。

3）排桩支撑腰梁分离切割。腰梁切割前先破除腰梁与灌注桩连接的主筋，预留2根，其余钢筋全部切断，主要目的是防止腰梁切断瞬间对脚手架造成冲击变形，然后清理腰梁与排桩连接处喷护混凝土，沿支撑腰梁长度方向弹出排桩腰梁分离切割线，清理切割孔，将金刚绳穿于两个切割孔，用液压钳接好接头，切割导轨固定在腰梁上，安装切割设备，接通水源、电源，切除两个切割孔之间腰梁与排桩相连部分，完成后将金钢绳移至下一切割孔，以此类推，分离整个支撑腰梁，腰梁分段同对撑、角撑分段切割。

4）混凝土支撑切割废水处理。绳锯切割采用水却冷除去灰尘，切割过程中会产生大量废水。

结合工程结构特点，将地下井筒结构分为8个独立井筒，利用结构基础施工时，每个井筒内预埋的地漏、排水管联通的集水坑，将绳锯切割过程中的废水排到底板上，通过每个基础结构预埋地漏集中汇集在集水坑内。

每个地漏四周砖砌240?mm厚600?mm×600?mm挡墙，并放置孔径不大于5?mm过滤钢丝网，防止混凝土渣及沉淀物堵塞地漏及排水管。最终采用80?mm扬程污水泵将汇集于集水井内的废水排至基坑外三级沉淀池，经沉淀后排至市政污水管网。

5）切割过程中应注意的问题。切割过程中应采取必要的安全防护措施及隔离措施，运行过程中严谨非施工人员靠近。

切割过程中如遇到发生卡绳、断绳等现象，要有相应的预防措施，避免断裂的金刚石绳索断裂飞出 伤人。

（4）混凝土支撑吊装。

1）吊装方式及吊装位置选择。混凝土支撑切割后吊装采用2根长8~9?m钢丝绳作为吊索进行吊装，但吊索与混凝土支撑夹角应大于45?°。吊点选择在距两端0.207 ?L 位置。如果吊点位置凹凸不平，可略微移动吊点位置或在吊点位置采用风镐剔除混凝土阳角，增大挂点摩擦面，以防止吊索滑动，并在混凝土块四角或凸出部分与吊索接触位置，增加圆弧钢护角，减少吊索磨损。

2）吊索验算与选择。本次吊装选择在距两端0.207 ?L 位置设置吊点，根据以上起吊方式，吊索采用双支吊索起吊，计算每根吊索（钢丝绳）的受内力大小。

已知最大分块起重重量 t =18?t，钢丝绳根数 n =4，当吊索与混凝土支撑最小夹角为45?°，查表《吊索在不水同平夹角的内力系数》得40?°~45?°时，安全系数为8 。

根据6×37+1钢丝绳的许用应力表，选择钢丝绳的抗拉强度为155?MPa，钢丝绳规格为6×37+1、直径 d =26?mm、丝径为1.5?mm的钢丝绳进行吊索吊装，可满足施工要求。

3）吊装外运。为确保吊装安全性，拆除汽车式起重机后每段重量不大于18?t。支撑混凝土块起吊时，起吊速度应匀速稳定，下放时应慢速轻放。

对于基坑内支撑的四处转角部位，由于上下支撑垂直投影且支撑较密，无法直接垂直起吊，则考虑利用混凝土支撑支架平台，借助支撑梁下部可调节升降的滚珠小车，升至支撑梁底部托起混凝土块，在拆除底部支撑梁采用160?t的汽车式起重机先将分割完成的支撑梁困住，然后移至外部可垂直吊装部位再进行垂直吊运至地面平板车上，将其运出现场处理。

4）废料收集。在场外的混凝土堆放点应按地方要求集中堆放，并采用风镐机进行破碎。选派管理人员进行跟踪处理，及时回收支撑梁混凝土内的钢筋废料，节约成本。

4.3.4　混凝土支撑切割效率总结

对井筒式超深基坑混凝土内支撑拆除整个施工效率进行总结及梳理，见表1。

表1?混凝土支撑切割效率

4.3.5　基坑监测

为保证内支撑拆除期间施工安全进行，在现场基坑周边设置了105个观测点。在混凝土内支撑拆除的全过程中，对基坑及周边环境沉降、内支撑水平位移及支撑最大轴力等数据同步进行观测，全方位监测基 坑变化，同时将基坑监测频率进行加密监测（2次/d）。施工期间基坑支护结构各项变形值均小于报警值，基坑处于安全可控状态，同时未对周边造成影响。

5　结束语

井筒式超深基坑混凝土内支撑拆除施工技术解决了井筒式超深基坑无水平结构构件情况下，混凝土内支撑拆除的难题，该施工方法安全有保障，顺利完成了井筒式混凝土内支撑拆除工作，加快了施工进度，可为后续井筒式地下结构施工时间保障。

切割后的混凝土块通过破碎碾压，进行了二次利用，并对混凝土内钢筋进行了回收，在保证施工安全的前提下达到了降本增效的效果，可取得较好的经济效益和社会效益，对类似井筒式超深基坑混凝土内支撑的拆除具有一定的借鉴和指导意义。