預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐施工技術(shù)

戚肇剛 謝玉成 嚴(yán)寶峰 邱 健

中建八局第三建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210046

1 工程概況

南京溧水市民中心工程（圖1）為地下2層、地上8層，建筑最大高度38.40 m，總建筑面積為72 637 m2，其中地上41 705.1 m2，地下30 931.9 m2。地下室主要為車庫(kù)、設(shè)備用房、餐廳等，地上主要由行政服務(wù)中心（8層）、城市規(guī)劃展覽館（4層）、共享服務(wù)大廳等3個(gè)部分組成。

本工程基坑支護(hù)采用豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)加1道水平預(yù)應(yīng)力組合型鋼內(nèi)支撐體系，根據(jù)工程特點(diǎn)及地勘情況，支撐形式采用角撐（圖2）。支護(hù)樁及立柱樁采用φ800 mm、φ900 mm鉆孔灌注樁，圍檁采用雙拼H型鋼組合結(jié)構(gòu)，支撐采用3榀和4榀H型鋼組合結(jié)構(gòu)。構(gòu)件之間均采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，托座、支撐梁安裝在H型鋼立柱樁上；組合內(nèi)支撐及各構(gòu)件（材質(zhì)均為Q345B）均采用工廠加工定制的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝；牛腿采用角鋼現(xiàn)場(chǎng)焊接。

圖1 工程效果圖

圖2 型鋼支撐效果圖

2 施工特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐均為工廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化模塊構(gòu)件拼裝組合而成，施工工藝簡(jiǎn)單、施工效率高、工期短，各構(gòu)件之間均采用高強(qiáng)螺栓連接，適應(yīng)性強(qiáng)（通過(guò)調(diào)整各構(gòu)件的拼裝尺寸），支撐及各構(gòu)件可循環(huán)利用率高。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

深化設(shè)計(jì)→施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→H型鋼立柱樁施工→開(kāi)挖冠梁及牛腿土方→冠梁施工→焊接牛腿及傳力件連接板（與灌注樁主筋焊接）→牛腿安裝→安裝第1道圍檁→焊接傳力件→安裝第2道圍檁→安裝托座件及橫梁→安裝支撐梁→預(yù)應(yīng)力施加→基坑土方開(kāi)挖→基坑開(kāi)挖結(jié)束→施工澆筑混凝土墊層、底板、側(cè)墻、頂板及混凝土換撐→地下室結(jié)構(gòu)、頂板、側(cè)墻及混凝土換撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度→拆除組合型鋼支撐[1-2]

3.2 立柱樁施工技術(shù)要求

本工程立柱樁樁頂標(biāo)高未至自然地面，安插型鋼立柱及控制立柱的標(biāo)高、垂直度及方向成為施工過(guò)程中的難點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化，將立柱樁增長(zhǎng)至自然地面以上，在混凝土澆筑完成后插入型鋼立柱。由于樁徑較小，需防止型鋼立柱在下插過(guò)程中觸碰主筋及箍筋形成阻礙，為此，將型鋼立柱底部削尖（圖3），以便于插入鋼筋籠內(nèi)部。利用全站儀對(duì)立柱樁的標(biāo)高、位置及方向進(jìn)行校核，垂直度通過(guò)靠尺校核，校核通過(guò)自制型鋼孔口支架（圖4）進(jìn)行，孔口支架四面固定有機(jī)械千斤頂，用以調(diào)節(jié)型鋼立柱的位置、方向以及垂直度。

3.3 冠梁施工技術(shù)

由于冠梁標(biāo)高為－0.30～3.80 m不等，部分型鋼圍檁位于冠梁側(cè)面，在冠梁合模前可利用該部分圍檁直接作為模板。其優(yōu)點(diǎn)為可防止因先預(yù)埋螺栓后安裝圍檁造成的成品圍檁螺栓孔與螺栓不匹配，而需進(jìn)行后開(kāi)孔處理，從而對(duì)型鋼圍檁造成破壞。

圖3 型鋼立柱底部削尖

圖4 孔口支架

在此過(guò)程中需在圍檁和冠梁之間增設(shè)1道塑料膜隔離層，防止后期圍檁拆除困難，同時(shí)，利用廢舊短鋼筋將螺栓與支護(hù)樁主筋電焊焊接，防止在混凝土澆筑過(guò)程中圍檁發(fā)生位移等破壞。

3.4 圍檁施工技術(shù)

在圍檁安裝前先進(jìn)行牛腿焊接（圖5），鋼牛腿采用角鋼制作，與支護(hù)樁主筋雙面貼焊，焊接前需剝除牛腿位置支護(hù)樁混凝土，剝除過(guò)程中嚴(yán)禁超剝、多剝。焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制電流大小，防止在焊接過(guò)程中燒傷支護(hù)樁主筋；焊接好的牛腿必須嚴(yán)格檢查其焊縫質(zhì)量（必要時(shí)需進(jìn)行探傷檢測(cè)），確保牛腿具備足夠的穩(wěn)定性及剛度；將牛腿橫桿水平標(biāo)高誤差控制在2 mm以內(nèi)，防止單個(gè)牛腿局部受力，牛腿仰角應(yīng)為90°～95°，不應(yīng)小于90°。圍檁在安裝過(guò)程中安排測(cè)量人員對(duì)圍檁及牛腿標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，確保圍檁處于同一水平面上。

圍檁安裝（圖6）前根據(jù)圖紙深化設(shè)計(jì)合理配置圍檁尺寸，遵循“先深化后排布，先長(zhǎng)后短少接頭”的原則，優(yōu)先使用較長(zhǎng)圍檁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理排布。圍檁與圍檁連接時(shí)均采用摩擦型高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，高強(qiáng)螺栓緊固分2次施工，嚴(yán)禁一次緊固到位。終擰前圍檁必須形成閉合或局部閉合，同時(shí)緊固時(shí)須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)值進(jìn)行緊固，防止扭力過(guò)大導(dǎo)致高強(qiáng)螺栓破壞。拼接的整個(gè)鋼圍檁體系務(wù)必確保雙榀或多榀型鋼構(gòu)件形成統(tǒng)一整體，共同受力?；愚D(zhuǎn)角處2個(gè)方向圍檁必須與支護(hù)樁或者冠梁貼實(shí)，若存在間隙必須采取塞焊鋼板等加固措施，保證基坑轉(zhuǎn)角處受力均勻。

圖5 牛腿焊接

圖6 圍檁安裝

由于支護(hù)樁施工過(guò)程中存在一定偏差及間隙，需采用T形傳力件將支護(hù)與圍檁連接形成有效傳力體系（圖7），T形傳力件與支護(hù)樁主筋雙面貼焊，T形傳力件與圍檁采用高強(qiáng)螺栓連接，支護(hù)樁與圍檁之間的空間采用混凝土澆筑密實(shí)。T形傳力件尺寸及標(biāo)高需根據(jù)圍檁及支護(hù)樁之間的實(shí)際距離進(jìn)行調(diào)整，確保圍檁為一條直線，受力均勻。

圖7 T形傳力件與圍檁連接示意

3.5 托座件及橫梁施工技術(shù)

托座件安裝控制的重點(diǎn)有2點(diǎn)：標(biāo)高控制、垂直度控制。托座件標(biāo)高誤差的大小直接關(guān)系到對(duì)撐的平整度及標(biāo)高，根據(jù)圖紙要求，其誤差應(yīng)控制在20 mm之內(nèi)。同時(shí)托座件安裝時(shí)必須嚴(yán)格控制其垂直度，防止受力不均。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，立柱與托座件連接必須保證使用6個(gè)高強(qiáng)螺栓，立柱樁在施工過(guò)程中難免存在垂直度偏差的問(wèn)題，而垂直度偏差會(huì)導(dǎo)致托座件與立柱連接螺栓不滿足設(shè)計(jì)要求。若無(wú)法滿足6個(gè)螺栓連接，則該處應(yīng)焊接角鋼等加固立柱與托座件的連接。

橫梁施工時(shí)要確保橫梁與托座件之間的剛性連接（圖8），必須保證橫梁端部與托座件有4個(gè)高強(qiáng)螺栓連接，由于施工過(guò)程中立柱角度存在偏差，故會(huì)導(dǎo)致橫梁與托座件的有效連接螺栓不足，此時(shí)需通過(guò)增加托座件的尺寸或增加焊接角鋼等措施加固托座件與橫梁的連接。橫梁與托座件的有效連接不僅能保證整個(gè)支撐體系的剛度，還能提高支撐的穩(wěn)定性。

圖8 托座件與橫梁安裝示意

3.6 支撐施工及預(yù)應(yīng)力技術(shù)

支撐安裝前應(yīng)根據(jù)深化圖紙?jiān)诘孛孢M(jìn)行預(yù)拼，拼接的支撐中心線誤差要控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，不得超過(guò)2 mm，同時(shí)支撐的標(biāo)高誤差不得大于20 mm，并需控制支撐整體的撓曲度，在必要時(shí)，需進(jìn)行橫梁的增設(shè)以減少支撐的撓曲度。支撐拼裝過(guò)程中穿插支撐蓋板等附屬構(gòu)件的安裝，使多榀支撐形成整體。每組預(yù)應(yīng)力鋼支撐預(yù)加預(yù)應(yīng)力750 kN，支撐拼裝完成后施加預(yù)應(yīng)力總量的50%，后期根據(jù)基坑開(kāi)挖的變形情況逐步施加預(yù)應(yīng)力，累計(jì)不得超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的100%。

組合型鋼支撐的各構(gòu)件布置完畢后，先檢查各部件螺栓的連接是否緊固，傳力件與圍護(hù)體系的連接狀態(tài)是否正確，然后由角撐從內(nèi)向外逐道加壓。預(yù)應(yīng)力施加前對(duì)油壓千斤頂?shù)仍O(shè)備提前進(jìn)行檢測(cè)并確保其合格；隨著新安裝的支撐預(yù)應(yīng)力的施加，之前加載過(guò)后的支撐應(yīng)力會(huì)逐漸減小，因此，需設(shè)置復(fù)加預(yù)應(yīng)力裝置；預(yù)應(yīng)力施加過(guò)程中要檢查每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接情況，防止偏心受壓及受力不均。同時(shí)，支撐的預(yù)應(yīng)力施加嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙上提供的軸力來(lái)進(jìn)行，不允許加載不到位或超加載，整個(gè)過(guò)程中的資料須記錄并存檔。

3.7 型鋼支撐拆除技術(shù)

本工程為1道水平組合型鋼支撐，換撐板帶位于地下1層。組合型鋼支撐拆除時(shí)，需利用地下1層換撐板帶，待換撐板帶達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)方可進(jìn)行型鋼支撐的拆除。拆除時(shí)，換撐板帶必須形成閉合，整體強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁隨意拆除，拆除時(shí)要緩慢對(duì)支撐軸力進(jìn)行卸載，避免應(yīng)力突變對(duì)圍護(hù)、主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。

預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐拆除順序與安裝順序相反，嚴(yán)格按照先安后拆的順序進(jìn)行（一般順序?yàn)椋簱Q撐板帶達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度→監(jiān)測(cè)→支撐、對(duì)撐拆除→角撐拆除→三角件及圍檁拆除→傳力件拆除→牛腿及立柱拆除），且嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)要求。支撐拆除時(shí)，首先對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察支撐是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，確定支撐穩(wěn)定后對(duì)支撐軸力逐步進(jìn)行卸載，軸力卸載完成后，觀察12 h并監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與卸載前數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定基坑變形穩(wěn)定后方可拆除。在整個(gè)拆除過(guò)程中需不斷地對(duì)基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確?；影踩玔3-5]。

拆除時(shí)避免瞬間預(yù)加應(yīng)力釋放過(guò)大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部變形、開(kāi)裂。首先對(duì)對(duì)撐梁進(jìn)行應(yīng)力釋放，釋放過(guò)程要求盡可能對(duì)稱作業(yè)，有利于結(jié)構(gòu)受力均衡。支撐（角撐、對(duì)撐）采用專用千斤頂支頂并適當(dāng)加力頂緊，然后取出調(diào)整鋼墊板，千斤頂逐步卸力，停置一段時(shí)間后繼續(xù)卸力，直至結(jié)束。

4 變形監(jiān)測(cè)

預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐系統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)與基坑變形監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行，本工程基坑監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目有圈梁水平位移、圈梁垂直位移、道路沉降、建筑物沉降、地下管線沉降、立柱豎向位移、土體深層位移、支撐整體水平位移、支撐軸力等。

基坑監(jiān)測(cè)從基坑土方開(kāi)挖開(kāi)始進(jìn)行，直至土方回填結(jié)束，必要時(shí)可在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間開(kāi)始監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)，基坑土方開(kāi)挖期間1次/d，底板澆筑完成后（小于1周）2次/d，底板澆筑完成后（大于1周）1次/d，支撐拆除期間1次/d。實(shí)際的監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，如遇特殊情況應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻率。監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)分析后，及時(shí)通報(bào)業(yè)主方及監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工單位，并匯報(bào)監(jiān)測(cè)結(jié)論，使得各方及時(shí)了解基坑現(xiàn)狀。

本工程預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐體系在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)均處于穩(wěn)定可靠狀態(tài)，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)報(bào)警值，有效地保證了基坑及周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定。其中，圈梁最大水平位移13.24 mm，圈梁最大豎向位移－6.47 mm，周邊道路最大沉降12.66 mm，周邊建筑物最大累計(jì)沉降0.94 mm，周邊管線最大累計(jì)沉降4.51 mm，立柱最大累計(jì)沉降6.44 mm，支撐軸力最大值為1 516.2 kN，土體深層位移最大值為11.74 mm。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程采用預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐作為深基坑的支撐體系，明顯縮短了施工工期，相比傳統(tǒng)支撐節(jié)省工期約2個(gè)月。在支撐拆除過(guò)程中未產(chǎn)生建筑垃圾，也未造成揚(yáng)塵及噪聲污染，同時(shí)，拆除后的組合型鋼支撐可在后續(xù)項(xiàng)目中重復(fù)利用，有效地節(jié)約了施工成本，相比傳統(tǒng)支撐節(jié)約成本15%～20%。

在整個(gè)工程施工階段，基坑變形穩(wěn)定，基坑各項(xiàng)變形指標(biāo)均未超過(guò)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，基坑安全可控。預(yù)應(yīng)力組合型鋼支撐作為深基坑支護(hù)的一種新型支撐體系，具有可回收利用、施工便捷、工期短、符合綠色建造理念等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將會(huì)受到施工、設(shè)計(jì)、業(yè)主的青睞，也會(huì)成為支撐體系的主流。