深基坑大截面混凝土支撑梁拆除施工工法
完成单位：中铁七局集团第五工程有限公司
完成人：过一帆 郭伟 刘海鑫 孟宪秋 皇甫福升
河南省级工法
1 前言
由中铁七局集团有限公司承建的郑州地铁2号线一期工程黄河路站安置项目位于2号线黄河路站以东、5号线花园路站以南位置。地下室结构主楼为地下4层；裙楼地下3层。基坑深度18.8~19.8m，面积约5600㎡。支撑体系采用内支撑体系，混凝土支撑设计为三层，其中第一层钢筋砼支撑主支撑截面为1500×1000mm，次撑截面为600×800mm，冠梁设计为1200mm×800mm。第二层主要支撑截面为2300×1200mm，次撑为1000×1000mm，腰梁为1200mm×1200mm。第三层主支撑要截面为2500mm×1400mm，次撑为1000mm×1000mm，腰梁为1300mm×1200mm。
通常情况下，项目在建设过程中，由下至上逐层浇筑结构板，相应地，在结构板浇筑完成且强度达到设计值85%时对其相邻的上层支撑进行拆除作业。拆除混凝土支撑时，通常采用人工或机械将其分成小块，然后通过吊车运出施工场地，该方法扬尘大、噪音大、效率低，混凝土块自由下落，不利于混凝土结构成品保护及施工安全，且不适用于超深基坑多层钢筋混凝土支撑的拆除。为此中铁七局集团有限公司设计一种深基坑大截面混凝土支撑梁拆除的施工方法，采用结构板下架体加固、支撑梁下型钢支撑架顶撑以及叉车托举的绳锯切割拆除组合，施工方法安全可靠，提高了工作效率，节约了工期和成本。
经教育部科技查新工作站（G09）查询，国内暂无相关工法研究，该工法在黄河路站安置项目施工中成功应用。关键技术经企业审定为国内领先水平。中铁七局集团有限公司申报的《深基坑大截面混凝土支撑梁拆除施工方法》（申请号或专利号202011359952.4）已受理发明专利1项，申报的《用于房建电梯井处大吨位承重作业平台》（申请号或专利号202022796449.7）已受理实用新型专利1项。经对关键技术和施工管理的总结整理形成本工法。
该工法采用金刚石绳锯分切混凝土支撑块，在支撑梁处结构板下增设架体进行承重加固，在运输路线上铺设钢板分散应力，拆除时保留支撑梁顶面边缘处两主筋充当吊绳，切块下方设置型钢支撑架作为回顶支撑，保证切割时切块的安全稳定。
相比较传统混凝土支撑拆除方法的扬尘大、噪音大、效率低等特点，本工法提供的深基坑大截面混凝土支撑梁拆除的施工方法，其能够解决在深基坑内较薄混凝土结构板上采用金刚石绳锯及大型号叉车拆除卸落高度较大的大截面三层混凝土支撑以及在局部存在较大高差的较薄混凝土结构板上采用大型号叉车进行水平运输的难题，在施工过程中，金刚石绳锯分切混凝土支撑块时无扬尘、噪音低、切割效率高；对处于高空的混凝土分切块进行卸落时，采用临时支撑、防脱落钢筋和叉车相互配合，避免了其自由下落时对结构板的硬性撞击，有利于成品保护和施工安全；在高差1.15m左右的结构板上采用叉车接力运输混凝土分切块，极大地提高了工作效率，保证了施工进度；在大面积洞坑处，采用自主研究制作的大吨位承重作业平台，给拆除施工提供了一个搭建方便、安全稳定的施工作业面。
本工法适用于深基坑及类似大截面混凝土支撑拆除施工。
1、采用金刚石绳锯切割代替传统人工和机械破除的方法，达到高效率、低噪音、少扬尘的施工效果。
2、采用自主制作加工的型钢支撑架与支撑梁中预留的防脱落钢筋相互配合，保证处于高空的混凝土支撑梁切块在切割施工中的安全稳定。
3、切块切割完成后采用叉车卸落和集中倒运堆放，避免了切块自由下落对结构板的硬性撞击，也避免了切块四处散落造成工作面环境脏乱；在切块叉运时采用多台叉车进行接力，解决了结构板高差处倒运的难题。
4、在叉车行走的路线上，针对不同厚度的结构板在其上方铺设钢板、在其下方搭设碗扣式支架或钢管架式支架，解决结构板上采用重型机械运输的问题，保证结构板的承重能力。
5、在基坑南侧大面积电梯井处，采用自主研究制作的大吨位承重作业平台，给绳锯切割、型钢支撑架回顶、叉车卸落提供了一个搭建方便、安全稳定的施工作业面。
5 工艺流程及操作要点
1、总体施工流程（由下至上）：筏板施工完成且砼强度达到设计要求→第一道内支撑拆除→第一道支撑对应结构施工完成且砼强度达到设计要求→下一道内支撑拆除→该道支撑对应结构施工完成且砼强度达到设计要求→下一道支撑拆除。每道支撑拆除可分区域进行，加快拆除进度。
2、单个区域总施工流程：先拆除连系梁→再拆除支撑梁→后拆除环梁、腰梁。
3、分项拆除施工流程：
图5.1-1 混凝土支撑拆除流程图
4、环梁拆除施工需平行拆除，确保其平行受力，两钢构柱之间的部分从中心向两端进行拆除。对于截面大的环梁，在其平面中心位置先切割，将梁拆为两个。
切割后的钢筋混凝土块不能超过型钢支撑架允许承载力，以确保砼块体在吊离前的安全。钢筋砼块体的大小应考虑吊车的选型及吊车起重稳定力矩。支撑梁切割前应正确放样，使切割后的砼块体与理论计算值大致相符，避免吊运时超载。
混凝土支撑拆除采用绳锯切割施工，对于环形支撑截面较大的，临时支撑系统安装完成后，先在平面中心将支撑切成两半，然后再分段切开。
图5.2.1-1 混凝土支撑切割分段示意图
支撑梁梁底到结构板之间，采用型钢场外加工好型钢支撑架，作为临时支撑体系，以确保砼支撑平衡稳定为主。对位于待拆支撑梁下方且距离待拆支撑梁最近的结构板进行支架加固，结构加固支架包括碗扣式支架、钢管架式支架以及电梯井支架。
1、砼支撑采用型钢支撑架搭设临时支撑体系如下：
（1）型钢支撑架由顶部横梁（20#槽钢）、四角柱（18#槽钢）、中间联系撑（14#槽钢，竖向最大间距为1.4m）焊接成整体。
（2）砼支撑梁按200cm放置型钢支撑架托架，200cm为型钢支撑架最大净距，且单个拆除砼支撑块体设置型钢支撑架不少于2个，设置情况见下图：
图5.2.2-1 型钢支撑架结构示意图
图5.2.2-2 型钢支撑架支设示意图
2、电梯井大吨位承重作业平台体系如下：
电梯井支架分别选用工字钢焊接成整体，将预制好的钢管管排放置在支撑单元顶面作为承重面。每个钢管管排均由钢管并排设置并依次焊接而成，钢管管排铺装在支撑单元顶面时，每根钢管均与纵梁垂直，且其端部覆盖在结构板上。当承压负荷较大时，还可以在钢管管排再铺设一层或多层进行加固。
图5.2.2-3 电梯井处大吨位承重作业平台结构示意图
结构板下加固支撑体系包括碗扣式支架、钢管架式支架，其中，碗扣式支架位于厚度为180-200mm的结构板下方，其立杆的纵距为900mm，立杆的横距为900mm，横杆的步距为600mm；钢管架式支架位于厚度为100mm的结构板下方，其立杆的纵距为600mm，立杆的横距为600mm，横杆的步距为600mm。
5.2.3 支撑切割
采用特制的金刚石合金绳锯条为工作介质，将液压绳锯机执行机构安装于被切割的支撑梁上。拆除支撑时先拆除连系梁，再分段拆除支撑梁，最后平行拆除环梁和腰梁。
图5.2.3-1 支撑梁切割施工示意图
在混凝土支撑施工前，按照提前设计的支撑分块切割钱，通过在混凝土支撑环梁及腰梁切割线交界处提前预埋的Φ20mmPVC管，穿钻石链条进行砼切割。若预埋PVC管被破坏，则采用钻孔机在腰梁、环梁的切割线交界处钻孔，用于穿钻石链条。
支撑梁切割时，先破除梁顶面棱角的钢筋保护层，使位于边缘的主筋露出并保留梁两边主筋（先破除钢筋）先不切割，用其两侧的上部角筋进行辅助支撑，减少特制型钢支撑架受力，待叉车叉运时再将预留角筋切断后进行叉运。首个分切块为上小下大的倒梯形结构，避免部分区域切块已达到叉车的最高抬起高度而无法继续抬高卸落。
考虑到水平搬运设备和楼板承载力限制，需在楼板中规划好叉车的行走路线，预先在行车路线上铺设钢板，拆除该段支撑梁时，叉车仅在该段钢板路上行走，待该段支撑梁拆完后再把钢板路转移到另一段，接着拆除另一段支撑梁。所有叉车不得在行走路线以外区域行走，行走路线区域（尤其是后浇带位置）下方两层支模架均不得拆除，且行走路线及回转处应铺设钢板。
叉车行驶路线经应避开建筑成品钢筋和后浇带，堆载的叉车禁止行走通过后浇带，空车叉车行走时如果无法避开后浇带，应在后浇带上铺设钢板。对于结构板上高差大的相邻区域内分别对应设置有一台叉车对分切块进行接力运输。
1、根据现场所吊装的构件（砼支撑块体）均为细长杆件结构体，其块体的重心大致处于结构体的中部，即0.5L处，砼支撑块体水平吊离地面时吊点选择采用两点平衡法起吊，两个吊点时分别距块体各端0.2L，并确保钢丝绳之间角度不大于60°。
图5.2.5-1 支撑两点吊装示意图
2、梁体起吊时，速度要均匀，构件要平稳，砼块体下放时须慢速轻放。
3、本工程采用单机两点吊装，机械回转半径控制在16m以内。
4、根据基坑支护设计要求：基坑围护结构周围的地面超载不得大于20KPa。在吊运拆除块时，吊运的砼块不得堆放于基坑边上，经吊车吊运的砼块直接放置在运输车上运输离场。
6 材料与设备
6.1 材料
主要材料见表6.1。
材料需用表 表6.1
序号 | 材料名称 | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 型钢支撑架 | 个 | 30 | 根据具体情况配置 |
2 | 电梯井支撑架 | 个 | 4 | 根据具体情况配置 |
3 | 碗扣式支架 | 套 | 充足 | 根据具体情况配置 |
4 | 扣件式支架 | 套 | 充足 | 根据具体情况配置 |
5 | 1cm钢板 | 块 | 充足 | 用于铺设叉车通道 |
主要施工设备见表6.2。
主要施工机械、机具表 表6.2
序号 | 名 称 | 规格(型号) | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 液压绳锯切割机 |
| 台 | 30 | 根据施工进度增加 |
2 | 金刚石链条 |
| 米 | 5800 | 准备充足 |
3 | 钢筋砼钻孔机 |
| 台 | 4 | 钻穿绳孔 |
4 | 叉车 |
| 台 | 4 | 用于砼块转运 |
5 | 汽车吊 |
| 台 | 2 | 用于切割梁块吊运 |
6 | 塔吊 |
| 台 | 2 | 用于吊运施工机具 |
7 | 平板汽车 |
| 辆 | 5 | 用于切割梁块的运输 |
8 | 风镐+空压机 |
| 套 | 6 | 用于凿除立柱周边砼 |
1、《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012；
2、《建筑拆除工程安全技术规范》JGJ147-2016；
3、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ166-2016；
4、《钢结构设计标准》GB50017-2017。
1、建立质量管理领导组织体系，制定详细的质量管理制度，使用操作施工手册，定人定岗定责，强化施工工序的管理。
2、严格做好施工前的技术交底工作，要求每个管理人员和施工队伍人员都了解施工流程、施工方法。
3、层层落实岗位责任制，把责任落实到人。
4、金刚石绳锯切割机施工前应进行机械调试，并定期检查绳锯磨损情况。
5、在钢管、型钢等原材料到达现场时，先检查外观和质量证明文件，不合格的原材料要求其立即退场。
6、严格控制焊缝质量，专人检查，确保施工质量满足设计及规范要求。电焊工应持证上岗，保证焊缝质量。
7、对现场环境进行把控，出现温度、湿度、风力不满足焊接要求的情况及时停止施工。
8、加强全面施工质量过程控制，重难点工程及关键工序严格把关。
1、作业人员进入施工现场必须戴合格的安全帽，系好下颚带，锁紧带扣，施工现场严禁吸烟；
2、在基坑内支撑拆除施工前，须对拆除两边道路的材料进行清运，保证内支撑梁承受最小的道路荷载；
3、拆除内支撑梁时须注意个人防护，不允许站在不稳固的支撑上施工；
4、内支撑切割梁块采用吊车吊运时，必须要由专人指挥；
5、在拆除内支撑梁混凝土过程中必须对基坑、拆除支撑架等进行监护，仔细观察切割梁块吊运的支撑架的位移、变形情况，发现异常时必须及时采取稳固措施。当支撑架变形较大，可能引起安全事故时，必须立即通知现场作业人员离开危险区域，并及时报告上级；
6、为防止切割梁块因失稳而坠落伤人，在拆除时，须设置安全操作区，除机械操作人员外其他人员不能入内；
7、绳锯切割机等要做到一机一闸一漏一箱，严禁使用一机多用机具；
8、使用手持电动工具必须戴绝缘手套，穿绝缘鞋；
9、作业前检查使用的工具是否存在隐患，如：绳锯切割机各部件有无松动、断裂等，手持电动工具的漏电保护器应试机检查，合格后方可使用，操作时应戴绝缘手套。
10、割除前对割除区域进行警戒封闭，非作业人员禁止入内，并悬挂禁止性、警告标志。
11、做好对操作平台以及拆除过程中设备的检查工作。
12、施工区域设置叉车行走路线标识，叉车严格按照行走路线进行运输。
13、加强对施工作业人员的进场安全教育，绳剧切割、起重吊装等特种作业人员必须持证上岗。
1、现场布局合理，材料、物品、机具、拆除砼支撑堆放符合要求。施工现场按总平面图布置，不随意改变，现场按指挥部要求统一围蔽，其外饰面与周围环境相协调，布局合理、整洁、大方。
2、场内机械停放整齐，材料堆码有序，施工便道通畅，各种线路清晰不乱，场地采用硬化地面，排水系统完好顺畅，设专人维护、清理、冲洗现场，随时保持场容、场貌整洁。
3、加强泥浆施工管理，防止泥浆污染场地；废浆采用罐车装运外弃，严禁排入下水道或附近场地。
4、在内支撑拆除施工的过程中，需要严格做好相关的环境保护措施，减少施工时对周边环境产生的影响。
5、施工人员养成良好的卫生习惯，不随地乱丢垃圾、杂物，保持工作环境的整洁。
6、施工废弃物：用汽车吊吊运下来的切割梁块要及时运走、不得随意堆置；破除下来的废旧钢筋不得随意丢置，应收集起来回收；清理与修复有毒有害废弃物的排放施工现场，废化工材料及其包装物、容器以及受污染的土地、水体、油手套、含油棉纱棉布、油漆刷等也应及时清理及回收。
7、剩余料具及时回收、清退。对可再利用的废弃物尽量回收利用。各类垃圾要及时清扫、清运，不得随意倾倒，每班清扫、每日清运。
10.1 经济效益
鉴于郑州市轨道交通2号线一期工程黄河路站安置项目周边环境复杂、基坑较深及结构板较薄等因素，若不采取特殊工艺只能对混凝土支撑采取小体量破除，所以适用的方法只有人工破除倒运，人工综合单价为550元/m³（含人工凿除及场内人工倒运），80t汽车吊租赁单价为5200元/台班，每层拆除工期为24天，混凝土支撑拆除总量为4050m³。经比较：
人工费：550×4050=222.75万元
机械费：24×5200×3=37.44万元
共计：260.19万元
若采取本工法所提出的方案进行拆除施工，金刚石绳锯切割拆除综合单价为450元/m³（含叉车、型钢支撑架及吊车外运费用），结构板架体加固所用碗扣数量5080个，单价0.02元/个/天，钢管数量6840米，单价0.015元/米/天，顶丝数量1774个，单价0.04元/个/米，扣件数量2400个，单价0.012元/个/天，加固人工单价350元/工日，总计260工日。采用本工法施工方法可将每层支撑拆除工期提前至18天。经比较：
拆除费用：450×4050=182.25万元
结构加固材料费用：（5080×0.02+6840×0.015+1774×0.04+2400×0.012）×84=2.55万元
结构加固人工费用：260×350=9.1万元
共计：193.90万元。
综上，采用本工法进行支撑拆除可节约66.29万元。
该工法利用绳锯、叉车、型钢支撑架及支架加固的新型组合形式进行混凝土支撑拆除施工，将拆除、支撑、吊运的前后工序操作更加紧密结合，有效实现了机械化作业，安全可靠，施工效率高，人工成本大幅度降低。各类材料工具在施工现场即可加工组装，制作成本低。实现了安全、质量、工期等各项目标，取得了较好的经济效益。
10.2 社会效益
高层建筑地下室等地下结构设施越来越多，规模也越来越大，因此设计的基坑开挖深度和范围也不断加深加大，深基坑施工钢筋混凝土内支撑应用越来越多，直径也正在向大型化发展。本工法提供的深基坑大截面混凝土支撑梁拆除的施工方法，能够解决在深基坑内较薄混凝土结构板上采用金刚石绳锯及大型号叉车拆除卸落高度较大的大截面三层混凝土支撑的难题，对于局部存在较大高差的较薄混凝土结构板上也提出了采用大型号叉车进行水平运输的解决方法。在施工过程中，金刚石绳锯分切混凝土支撑块时无扬尘、噪音低、切割效率高；对处于高空的混凝土分切块进行卸落时，采用临时支撑、防脱落钢筋和叉车相互配合，避免了其自由下落时对结构板的硬性撞击，有利于成品保护和施工安全；在高差1.15m左右的结构板上采用叉车接力运输混凝土分切块，极大地提高了工作效率。节约了大量工期的同时减少了成本投入，提高了公司业绩，社会负面舆论大幅度降低等，社会效益良好，具有较高的应用价值和推广前景。
11 工程实例
11.1 郑州市轨道交通2号线一期工程黄河路站安置项目
郑州市轨道交通2号线一期工程黄河路站安置项目位于花园路与黄河路交叉口东南角。安置项目主体为框架剪力墙结构，建筑高度99.95m，总建筑面积约75485.26㎡。基坑开挖深度19.8m，支撑体系采用内支撑体系，三层支撑均为钢筋混凝土支撑，主支撑直径为58m的混凝土支撑，支撑最大截面达2500×1400mm。围护结构紧贴原黄河路站地连墙及围护桩布设钻孔灌注桩，基坑东侧和南侧采用地下连续墙兼做止水帷幕，基坑北侧为钻孔灌注桩。
本项目混凝土支撑拆除存在周边环境复杂、支撑截面大、工作面狭小、局部结构高差大的情况。传统混凝土支撑拆除方法采用人工或机械将其分成小块，然后通过吊车运出施工场地，该方法扬尘大、噪音大、效率低，混凝土块自由下落，不利于混凝土结构成品保护及施工安全，且不适用于超深基坑多层钢筋混凝土支撑的拆除。
经郑州市轨道交通2号线一期工程黄河路站安置项目深基坑大截面混凝土支撑梁拆除实践证明，金刚石绳锯分切混凝土支撑块时无扬尘、噪音低、切割效率高；对处于高空的混凝土分切块进行卸落时，采用临时支撑、防脱落钢筋和叉车相互配合，避免了其自由下落时对结构板的硬性撞击，有利于成品保护和施工安全；在高差1.15m左右的结构板上采用叉车接力运输混凝土分切块，极大地提高了工作效率，保证了施工进度。
推广应用
一、 适用范围
本工法适用于深基坑及类似大截面混凝土支撑拆除施工。
二、 技术要点
混凝土支撑分段，临时支架搭设，支撑切割，叉车倒运，吊装外运
三、 推广应用情况
郑州市轨道交通2号线一期工程黄河路站安置项目