【摘  要】天津滨海新区于家堡金融区起步区同期开发的 6 个地块处于 1 个共同的基坑内。由于受到基坑内同期施工的 B3 地铁线的影响，导致支撑不能按期拆除，因此造成各地块地下主体结构不能顺利上行。后以 03- 16 地块的支撑转换施工为例，通过对围护体系合理的支撑转换优化，化解了这一难题，保证了工程的顺利进行。

【关键词】滨海地区 高层建筑群体 基坑工程 共同围护 斜抛撑

 

      天津滨海新区于家堡金融区起步区由 03- 15、03- 16、03- 21、03- 22、03- 25、03- 26 这 6 个地块组成，均为超高层建筑，其地下室主体结构均为 3 层，位于同一基坑内，并且相互连通。整个基坑长 400 m，宽 280 m，设计有两条地铁线（B2 线，位于地下 2 层；B3 线，位于地下 3 层）分别由南北和东西方向横穿整个地块，形成了一个错综复杂的大型地下空间体系。本工程基坑最深开挖深度为 15.85 m，局部地铁开挖深度：B2 线为 18 m，B3 线为 26 m。因仅采用了一道共用的混凝土支撑的围护体系，所以各地块之间受进度目标影响，相互关系复杂。其中，03- 16 地块位于整个基坑的东北角，主楼 54 层，高度 246 m，地下 3 层。

 

      本基坑支护结构采用大直径钻孔灌注桩（φ1.1 m～1.3 m）+ 三轴水泥搅拌桩止水帷幕的方法进行施工，其中 B3线处围护采用了地下连续墙。基坑内设置 1 道钢筋混凝土水平支撑，支撑梁截面为 1 m×1 m，2 横 1 纵，将 6 个地块分开，局部区域设置了角撑。地铁 B3 线东西向横穿基坑，在其范围内设置了 3 道混凝土支撑（图 1）。

      主撑支撑下设格构柱，支撑梁底标高 - 8.75 m。当整个地块底板及地下 3 层顶板通过换撑板带与围护桩形成整体传力体系后，方可拆除第一道混凝土支撑。

 

      6 地块工程共用了第一道混凝土主撑，按照先期的围护设想，必须等 6 地块整体完成地下 3 层结构后才能拆除。由于各地块的施工进程存在快慢，相互间难以协调，故支撑的拆除对各地块工程地下主体结构的进度目标的实现带来了很大的影响。

      本工程第一道混凝土支撑分南北向和东西向，支撑体系设计了底腹板，完全覆盖了两条地铁线，其中北侧的东西向支撑还遮盖了 4 个地块的部分裙楼地下室。本工程地下空间地下 2 层顶板标高 - 9.70 m，净空高仅为 900 mm，支撑底板的底标高 - 8.75 m，这给地下空间地下 2 层及部分裙楼地下 3 层的顶板模板铺设、钢筋绑扎以及混凝土浇筑施工带来非常大的困难。

      由于围护结构先于地下室结构设计，所以部分支撑立柱和支撑主梁没有避开结构柱梁，尤其是其局部的角撑与主楼的结构柱重叠，造成了工程主体结构的部分区域在支撑拆除前无法进行施工（图 2）。

      本工程第一道混凝土支撑为钢筋混凝土梁板结构 + 格构柱体系，上翻梁高度为 1 m，支撑拆除总量约 20 000 m²。支撑拆除及清渣工作对各地块的结构施工影响较大，如果不对支撑体系的拆除流程和相应的前提条件作出充分明确的合理安排，必然对各地块地下室结构，尤其是 B2 线的结构施工进度带来影响，造成不可避免的窝工和废工。

      针对本工程存在的上述难点，并结合 03- 16 地块的实际情况，我们拟采用加设斜抛撑的方法，将围护体系的受力传至基础底板，从而进行支撑体系的转换。

      因此，设想通过分两个阶段加设 φ609 mm钢管斜抛撑来代替第一道混凝土支撑，以满足各阶段施工的要求。

      03- 16 地块第一阶段换撑设计工况为：我们在东侧及北侧各安装 5 根 φ609 mm钢管斜抛撑，从而提前拆除影响主楼地下 2 层结构施工的角撑；将斜抛撑上牛腿设置于支撑腰梁上，下牛腿设置于基础底板上（图 3）。

第一阶段 φ609 mm斜撑安装前提条件为：底板及牛腿浇筑完成并达到 70%设计强度。

      03- 16 地块第二阶段换撑设计工况为：我们在附楼及地下空间北侧每隔 4 m左右间距设置 φ609 mm钢管斜抛撑，并将斜抛撑上牛腿设置于结构外板墙上，下牛腿设置于基础底板上，待板墙外侧与围护桩之间完成回填后，要在相应顶板标高处设置厚为 500 mm的素混凝土换撑板带，同时在 B2线地下 2 层侧墙位置 - 14.45 m标高（即地块底板标高）处，按 8 m左右间距设置 φ609 mm钢管水平支撑，以满足东西向围护体系传力的需要（图 4）。

      第二阶段 φ609 mm支撑安装的前提条件为：（1） 底板及牛腿浇筑完成并达到设计强度；（2） 附楼地下 3 层北侧墙顶板、B2 线地下 2 层北侧墙顶板以及 B2 线侧墙施工完成并达到 70%设计强度；（3）底板与围护桩之间、附楼地下 3 层对应上部牛腿位置的外板墙与围护桩之间、地下空间地下 2 层对应上部牛腿位置的外板墙与围护桩之间、地下空间地下 2层 - 14.45 m标高位置的侧墙与附楼之间的换撑板带施工完成并达到设计强度。

 

      （1）φ609 mm钢管斜抛撑的设置

      依据需要，我们提前拆除了角撑，并在主楼北侧及东侧

      该角撑两端所对应位置各布置 5 根 φ609 mm钢管斜抛撑。其中，1^#、2^#、3^#斜撑的长度为 15.1 m，4^#、5^#斜撑的长度为18.44 m，6^#～10^#斜撑的长度为 15.58 m，斜撑底部及顶部均设置钢筋混凝土牛腿，同时 φ609 mm钢管下应设 H型钢支托柱，以防止钢管失稳。由于斜抛撑穿过附楼地下 3 层顶板，因此在顶板相应位置，需预留孔洞（图 5）。

      由于 φ609 mm钢管体积较大，在底板施工完成、地下 3层结构施工前，应用塔吊将 φ609 mm钢管分段吊装至安装部位临时存放。当满足安装条件后，采用分段安装的方法，利用塔吊将第一段钢支撑吊装至上部牛腿位置，与预埋件进行焊接固定，然后采用螺栓连接法兰盘将其余各段拼接成要求的长度。为方便 φ609 mm支撑的安装，应一端设置为活动端头，一端设置为固定端头。钢支撑安装就位后，还要利用千斤顶在底部牛腿位置施加 500 kN预应力。

      （2）下端牛腿施工

      底部牛腿（宽 1 000 mm×长 2 500 mm×高 1 000 mm）设置于主楼厚 3.5 m的底板上（混凝土等级为 C45）。底板与牛腿采用两次浇筑方式，即：牛腿钢筋与底版钢筋同时绑扎，先浇筑底板，当底板达到初凝强度后，再浇筑牛腿。

      （3）上端牛腿施工

      为保证斜抛撑的稳定性，顶部牛腿应设置于原围护支撑腰梁上，并采用植筋及扩大截面法施工。钢筋植筋 φ25 mm，每个牛腿的植筋数量约为 60 根左右，植筋深度 20d。

      （1）北侧换撑区域的设计和施工

      由于斜撑底部牛腿 （宽 1 000 mm×长 2 500 mm×高 1 000 mm）设置于地块及地下空间底板上，施工方法同第一次换撑。顶部牛腿设置于地下室外板墙，为此，我们需对外板墙进行加固，并在板墙对应上牛腿标高位置设置 600mm× 1 600 mm通长暗梁。当外板墙与围护桩之间完成回填后，还应在上部牛腿标高位置设置厚为 500 mm的素混凝土换撑板带，从而形成整体传力体系（图 6）。

      安装 φ609 mm钢管时，由于附楼地下 3 层顶板及地下空间地下 2 层顶板已经施工完成，无法利用塔吊进行吊装，因此，我们在附楼地下 3 层顶板及地下空间地下 2 层顶板框架梁内，预埋 φ25 mm吊环，并利用钢丝绳及手拉葫芦将一段 φ609 mm钢管提升至上牛腿位置与牛腿埋件焊接。钢管安装完成后，利用千斤顶施加 500 kN预应力。

      （2）B2 地铁线南侧的水平支撑的施工

      在 B2 线地下空间地下 2 层侧墙施工的同时，要在侧墙- 14.45 m标高位置，预埋 φ609 mm钢管水平支撑埋件。当侧墙与附楼底板之间的换撑板带施工完成后，应安装 B2 线内东西向 φ609 mm钢管水平支撑，在并利用千斤顶施加500 kN预应力。为保证水平支撑的稳定，还要在钢管下砌筑临时砖砌支墩（图 7）。

      （3）后浇带处型钢传力构件施工

      本地块主、附楼地下室各层板之间设置有后浇带，设计要求后浇带须在主楼结构封顶后方可封闭。为保证基坑的整体传力，需在后浇带处设置型钢换撑，型钢采用工字钢，封头板为厚 20 mm的钢板，在结构钢筋绑扎阶段预埋。

      第一道混凝土支撑整体拆除的前提条件为：（1）第二阶段的 φ609 mm钢支撑全部安装完毕；（2）各地块地下 3 层顶板施工完成并达到设计强度；（3）B2 线地下 2 层顶板施工完成并达到设计强度；（4）所有换撑板带施工完成并达到设计强度；（5）所有后浇带内型钢传力构件安装到位。

      为保证基坑的安全性，第一道混凝土支撑采取分阶段拆除：第一步拆除各地块内的角撑，以满足各地块主楼结构的施工；第二步拆除基坑四周腰梁；第三步拆除北侧的东西向主撑；第四步拆除南北向主撑；第五步拆除南侧的东西向主撑。

      由于支撑体量巨大，计划采用先在支撑上打眼预埋炸药，待搭设好防护平台后，再进行分阶段分区域拆除。

 

      考虑到砖砌临时支墩砌筑及其拆除的不方便，我们在现场实际实施时，改用搭设 φ48 mm钢管支架进行水平支撑的加固稳定。

      第一道支撑的整体拆除计划分十次爆破拆除，由于爆破期间各地块均需停工，会对工期造成很大影响，同时爆破产生的残渣清理困难，也会带来极大的安全隐患。为此，现场在实施两次爆破后，改为利用空压机及安装镐头的小挖机进行人工凿除。

      由于 4^#～5^#斜抛撑底部牛腿离腰梁距离较远，为避免φ609 mm钢管过长，所以我们将 4^#～5^#斜抛撑顶部牛腿设置于边桁架外侧支撑梁上。因 φ609 mm钢支撑施加完预应力并受到围护桩传递过来的土压力后易发生破坏，为此需对该处支撑梁进行加固。这里通过设置 20 根 φ20 mm拉筋的方法，即可分解其所受到的荷载。具体方法为：拉筋下端与工程抗拔桩预留钢筋焊接，上端与通过对拉螺栓固定于支撑梁上的加劲板焊接（图 8）。

      第二阶段的支撑安装完成后，由于明挖隧道区域顶板工序复杂，无法在拆除北侧支撑腰梁前完成，因此在 B2 线明挖隧道区域的 3 层顶板换撑也就无法形成。而该区域的围护桩悬挑长度过长，可能导致围护桩顶位移。为此，在工程实际实施过程中，我们在该段长度范围内的围护桩以北采取了卸土措施（卸土高度为 3 m），以便减少对该区段围护桩的土压力，保证基坑的安全性。