浅谈建筑基坑支撑结构施工
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作者: 何涌
摘要 在高层建筑施工过程中，随着基坑深度的增加，悬臂挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，可在坑内对围护墙加设支撑，支撑结构可承受挡墙所传递的土压力、水压力，它受力合理、安全可靠、能有效地控制围护墙的变形，减少围护构件跨度，降低内力和变形，使支护体系造价经济、受力合理。但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。基于基坑支撑结构施工的重要性，本文主要探讨如何进行有效的施工。
关键词 建筑工程；高层建筑；基坑支撑；结构施工
一、支撑结构的构造要求
1、钢支撑的构造要求
A、钢腰(冠)梁的构造要求
支撑结构的冠梁、腰梁直接与挡墙相连，挡墙上的力通过腰(冠)梁传递给支撑结构，因此，腰(冠)梁应具有一定的刚度才能有效传递挡墙荷载，且腰梁的刚度对整个支撑体系的刚度影响很大。钢腰梁可采用H型钢、工字钢、槽钢或组合截面，截面宽度应大于300mm，与排桩、地下连续墙之间的空隙(一般要求留设不小于60 mm的水平向通长空隙)，宜采用强度不低于C20的细石混凝土填充；腰梁连接节点宜设置在支撑点附近，且不应超过支撑间距的1／3；在基坑平面的转角处，当纵横向腰梁不在同一平面相交时，其节点应采取加强构造措施，防止端部产生悬臂受力状态，满足两个方向腰梁端部的相互支撑要求。
B、钢支撑的构造要求
钢支撑截面可采用H型钢、钢管、工字钢、槽钢或组合截面。一般均做成标准节段，长度为6 m左右，安装时根据支撑长度再辅以非标准节段。非标准节段通常在工地切割加工。构件连接可采用焊接或高强螺栓连接。纵横向支撑连接宜采用定型十字接头连接，将支撑布置在同一平面内，形成平面框架体系，其刚度大，受力性能好。当纵横向支撑采用重叠连接时，虽然施工方便，但支撑结构的整体性较差。支撑端头应设置厚度不小于10 mm的钢板作为封头端板，必要时，增设加劲肋板，肋板数量、尺寸应满足支撑端头局部稳定要求和传递支撑力的要求，为便于对钢支撑施加预压力，端部可做成“活络头”。
2、钢筋混凝土支撑的构造要求
钢筋混凝土支撑体系在同一平面内应整体浇筑，基坑平面转角处的腰梁连接点应按刚节点设计，钢筋混凝土支撑构件的混凝土强度不应低于C20；支撑构件的截面尺寸应满足稳定性和承载力要求，混凝土腰梁与挡墙之间应不留水平间隙。
在竖向平面内，腰梁可采用设置在冠梁或上层支撑腰梁的悬吊钢筋作为竖向吊点，吊筋的间距一般为1～1．5 m，直径应根据腰梁及水平支撑的自重由计算确定，两端应弯起，锚入的冠梁及腰梁应不小于40 d(d为吊筋的直径)。
3、立柱的构造要求
立柱多采用格构式钢柱、钢管或H型钢。钢立柱下面(基坑开挖面以下)要有立柱桩支撑，立柱桩宜采用直径不小于650 mm的钻孔灌注桩，其上部钢立柱在桩内的埋入长度应不小于钢立柱长边的4倍，并与桩内钢筋笼焊接。立柱桩下端应支撑在较好的土层上，开挖面以下的埋入长度应满足支撑结构对立柱承载力和变形的要求，一般宜大于基坑开挖深度的2倍，并且穿过淤泥或淤泥质土层。立柱桩可以借用工程桩，也可以单独设计柱桩。
二、支撑结构的施工技术
1、支撑结构施工的一般原则
A、支撑结构的安装与拆除，应同基坑支护结构的设计计算工况相一致，这是确保基坑稳定和控制基坑变形达到设计要求的关键。
B、在基坑竖向平面内应严格遵守分层开挖和先撑后挖的原则。每挖一层后及时加设好一道支撑，随挖随撑，严禁超挖。每道支撑加设完毕并达到规定强度后，才允许开挖下一层土。
C、在每层土开挖中可分区开挖，支撑也可随开挖进度分区安装，但一个区段内的支撑应形成整体。同时，开挖的部分在位置及深度上要以保持对称为原则，防止支护结构承受偏载。
D、支撑安装宜开槽架设，当支撑顶面需运行挖土机械时，支撑顶面的安装标高宜低于坑内土面200～300 mm，钢支撑与基坑土之间的空隙应用粗砂回填，并在挖土机及土方车辆的通道处架设道板。
E、利用主体结构换撑时，主体结构的楼板或底板混凝土强度应达到设计强度的80％以上；设置在主体结构与围护墙之间的换撑传力构造必须安全可靠。
F、支撑安装的容许偏差应控制在规定范围之内，项目包括钢筋混凝土支撑的截面尺寸、支撑的标高差、支撑挠曲度、立柱垂直度、支撑与立柱的轴线偏差等。
2、钢支撑施工
钢支撑安装的工艺流程如下：
基坑挖土至该道支撑底标高→根据支撑布置图在挡墙上弹出钢腰梁轴线标高位置→在挡墙上设置钢腰梁的安装托架或吊杆→安装钢腰梁→根据腰梁标高在钢立柱上焊支撑托架→安装短向(横向)水平支撑→安装长向(纵向)水平支撑→对支撑预加压力→在纵墙支撑交叉处及支撑与立柱相交处用夹具或电焊固定→用细石混凝土填充钢腰梁与挡墙之间的空隙→下层土方开挖。
对支撑预加压力是钢支撑施工的重要组成部分，它可以有效地减小支护墙体变形和周围地层位移，并使支撑受力均匀。施加预应力的方法有两种：一种是用千斤顶在腰梁与支撑的交接处加压，在缝隙处塞进钢楔锚固，然后撤去千斤顶；另一种是用特制的千斤顶作为支撑的一个部件，安装在支撑上，预加荷载后留在支撑上，待挖土结束拆除支撑时，卸荷拆除。为了确保钢支撑预压力的精确性，可采取以下措施。
A、千斤顶必须有计量装置，设备仪表必须由专人使用和管理，并进行定期维护校验。
B、支撑安装完成后，应及时检查各节点的连接状况，经确认符合后方可施加预应力。
C、预应力的施加宜在支撑的两端同步对称进行，由专人统一指挥，以保证施工达到同步协调。
D、预应力应分级施加，重复进行，直至设计值。一般情况下，预应力控制值为支撑设计轴力的40％～60％，如超过80％时，应防止支护结构的外倾、损坏和对坑外环境的影响。
E、支撑端部的八字撑应在主支撑施加压力后安装。
三、钢筋混凝土支撑的施工
支撑施工宜用开槽浇筑的方法，底模板可用素混凝土，也可用木模、小钢模等铺设，还可利用槽底做土模。侧模多用木模或钢模板。钢筋宜采用绑扎搭接接头，以利于爆破后拆除施工。节点处钢筋的伸入和绑扎应合理交叉，以避免影响梁的有效高度。混凝土浇捣、养护、拆模等，均应按施工规程的常规要求操作。必须在支撑混凝土的强度达到设计强度80％以上时，才能开挖支撑以下的土方。
1、换撑技术
在地下结构施工中，内支撑的存在给施工带来诸多不便，如竖向钢筋与内支撑相碰，内支撑与外墙板相交处要采取防水措施等。此外，如果在墙体、楼面浇捣时，保留支撑不拆除，待外防水、回填土完成后再割除支撑，则钢支撑的损耗很大，而靠人力将割短的支撑从地下室运出来耗工耗时多，费用也大。换撑技术可有效地解决好这些问题。
所谓换撑技术，即不待地下主体结构及填土完成后才割除所有内支撑，而是在地下结构与围护墙之间设置传力构造，利用主体结构梁和楼板的刚度来承受水、土压力，从而自下而上随结构施工逐层拆换内支撑。
利用主体结构换撑时，在设置支撑位置时就要考虑地下结构施工和换撑的结合。同时，换撑还应符合下列要求。
A、主体结构的楼板或底板混凝土强度达到设计强度的80％以上。
B、在主体结构与围护墙之间设置可靠的换撑传力构造。
C、如楼面梁、板空缺较多时，应增设临时支撑系统(如补缺或设临时梁)。
D、当主体结构的底板和楼板分块施工或设置后浇带时，应在分块或后浇带的适当部位设置可靠的传力构件。
2、支撑的拆除
在支撑拆除过程中，支护结构受力发生很大变化，应选择合理的拆除程序，避免引起支护结构产生过大的内力变化，一般应遵循以下原则：
A、分区分段设置的支撑，也宜分区分段拆除。
B、整体支撑宜从中央向两边逐步拆除，对于最上一道支撑最为重要。
C、先分离支撑与围檩，再拆除支撑，最后拆除围檩。
钢支撑一般分段拆除，常以两支承点(围檩或立柱)间的支撑作为一段，用起重机将支撑吊紧，用气割或拆除螺栓解除连接，起吊装车运离工地。由于基坑面积一般较大，但支撑重量较小，因此应选择起重半径大的起重机，合理布置开行路线和操作面，当采用塔吊时，其起重臂长不需开行，更为有利。
钢筋混凝土支撑的拆除可采用人工凿除及爆破拆除两种方法。采用人工凿除方法时，凿开混凝土保护层，分段切断纵向钢筋、凿开混凝土支撑，然后分段起吊运出施工工地，分段的长度应根据起重能力而定，一般为1～2m。采用爆破拆除方法时，施工前应对周围环境及主体结构采取有效的安全防护措施，搭设水平、垂直防护架。
参考文献
[1]师文军，刘春铃．高层建筑中的深基坑内撑体系换撑施工技术[J].《改革与开放》，2010(16)
[2] 周申一，桂业琨．深基坑的开挖和支护[J]. 《建筑施工》，2007(05)
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