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    張弦梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐支護(hù)體系的技術(shù)應(yīng)用

    2020-09-30 01:03:24陳建山
    福建建筑 2020年9期
    關(guān)鍵詞:傳力內(nèi)力鋼結(jié)構(gòu)

    陳建山

    (廈門市海滄區(qū)建設(shè)與交通工程質(zhì)量安全站 福建廈門 361026)

    0 引言

    張弦梁結(jié)構(gòu)(Beam String Structure,簡稱BSS)是一種預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的自平衡結(jié)構(gòu)體系,主要是由上弦(剛性壓彎構(gòu)件)、柔性拉索或鋼拉桿及撐桿等組合而成的混合結(jié)構(gòu)體系,同時也是混合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中的一個成功創(chuàng)造。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,張弦梁結(jié)構(gòu)體系在工程建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用,尤其在會展中心體、大型體育館、交通樞紐站房等重要基礎(chǔ)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。目前,已有不少學(xué)者對張弦梁的力學(xué)性能及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究[3-5],然而將其應(yīng)用于支護(hù)結(jié)構(gòu)中的研究還相對較少。本文針對張弦梁具有施工便捷、環(huán)境影響程度低、鋼材可回收利用、穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性,將其應(yīng)用于內(nèi)支撐支護(hù)的技術(shù)應(yīng)用中,為工程建設(shè)提供參考。

    1 工程概況

    擬建項(xiàng)目位于廈門市海滄區(qū)??偨ㄖ娣e約5萬m2,其中地上建筑面積約3.5萬m2,地下建筑面積約1.5m2。為2棟15層和2棟25層住宅,1棟1層配電房及1處大1層門。結(jié)構(gòu)類型為框架、剪力墻,主樓基礎(chǔ)類型為沖孔灌注樁基礎(chǔ),地庫為筏板基礎(chǔ),基坑深度9m,基坑占地面積88 840m2。

    基坑采用(沖)鉆孔灌注樁結(jié)合鋼支撐及局部鋼筋混凝土角撐進(jìn)行支護(hù),樁后采用高壓旋噴樁止水,地下水控制采用降水井結(jié)合集水明排措施。具體概況如下:

    (1)圍護(hù)樁采用(沖)鉆孔灌注樁,直徑800mm,間距1200mm,樁長14.5m~16.5m。樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30,充盈系數(shù)大于1.1,主筋保護(hù)層厚度不小于50mm,樁底沉渣厚度<100mm(立柱樁<50mm)。

    (2)支撐立柱共30根,采用(沖)鉆孔灌注樁上接型鋼格構(gòu)柱。支撐灌注樁樁徑φ800mm,樁端全斷面進(jìn)入砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化不少于2m,樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30,樁底沉渣厚度≤50mm。立柱井字桁架由4×L140×14mm角鋼和450×150×10mm鋼綴板焊接而成,柱斷面尺寸500mm×500mm,綴板間距450mm。

    (3)止水帷幕采用雙重管高壓旋噴樁,直徑700mm,樁間距1200mm,樁長11.5m~12m。

    (4)鋼筋混凝土角撐及混凝土牛腿混凝土強(qiáng)度等級為C35,截面尺寸有:1200×800mm(GL)、700×800mm(L1)。

    (5)內(nèi)支撐采用鋼結(jié)構(gòu)張弦梁支護(hù)系統(tǒng)。

    2 張弦梁支護(hù)系統(tǒng)概況

    鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐采用張弦梁支護(hù)系統(tǒng)。各支撐構(gòu)件及鋼梁中心線標(biāo)高同冠梁中心線標(biāo)高,即鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐中心線標(biāo)高為+3.600m,構(gòu)件截面參數(shù)如表1~表2所示。鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐設(shè)計如圖1~圖3所示。

    表1 鋼支撐構(gòu)件截面參數(shù)

    表2 鋼支架構(gòu)件截面參數(shù)

    圖1 鋼支撐平面布置圖

    圖2 鋼支撐結(jié)構(gòu)詳圖

    圖3 鋼支撐結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)詳圖

    3 工藝流程

    基坑張弦梁鋼結(jié)構(gòu)支撐施工工藝流程,如圖4所示。

    圖4 基坑張弦梁鋼結(jié)構(gòu)支撐施工工藝流程

    4 施工方案

    4.1 預(yù)應(yīng)力鋼支撐安裝

    平整一塊場地用于鋼支撐的模塊安裝,在平整場地上按設(shè)計施工圖紙分模塊進(jìn)行安裝;再將模塊吊裝至支架平臺上相應(yīng)位置進(jìn)行模塊拼裝??紤]場地限制及進(jìn)場順序,拼裝順序如下:一號模塊→二號模塊→三號模塊→四號模塊→五號模塊→六號模塊。鋼支撐模塊分布如圖5所示。

    圖5 鋼支模塊分布圖

    4.2 機(jī)械式千斤頂預(yù)應(yīng)力施加

    調(diào)節(jié)前準(zhǔn)備工作:

    (1)確定千斤頂旋轉(zhuǎn)角度與伸長量之間的關(guān)系(伸長1mm需要旋轉(zhuǎn)a度角)。

    (2)確定現(xiàn)場千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)方向,并做好記號便于后期施工。

    (3)現(xiàn)場準(zhǔn)備薄鋼片,鋼板等保證千斤頂與鋼構(gòu)件緊密擠壓,千斤頂分組圖如圖6所示。

    圖6 鋼支撐機(jī)械千斤頂分組圖

    支護(hù)系統(tǒng)頂緊(使構(gòu)件之間緊密接觸,傳力有效):

    (1)張弦梁系統(tǒng)上第一組千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)千斤頂a度,(穩(wěn)定5min后)觀測所有千斤頂對應(yīng)位置的腰梁中心處位移。

    (2)觀測點(diǎn)位移達(dá)到1mm的位置千斤頂不再調(diào)整,其他位置千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)(遵循以下原則:位移為0的旋轉(zhuǎn)a度,有位移但不足1mm的按比例旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度(1-X)×a);(穩(wěn)定5min后)觀測所有千斤頂對應(yīng)位置的腰梁中心處位移。

    (3)重復(fù)第2步直至所有二組的位移為1mm。

    (4)所有千斤頂(同時)回旋a度角;(穩(wěn)定5min后)觀測所有三組千斤頂對應(yīng)位置的腰梁中心處位移。

    (5)以上4個步驟重復(fù)3次。

    支護(hù)系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施加:

    (1)張弦梁系統(tǒng)上第一組千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)千斤頂a度,(穩(wěn)定5min后)觀測相應(yīng)控制點(diǎn)位移。

    (2)重復(fù)第1步驟10次。

    (3)觀測點(diǎn)位移達(dá)到10mm的位置千斤頂不再調(diào)整,其他位置千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)(遵循以下原則:按比例旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度(10-X)×a);(穩(wěn)定5min后)觀測所有控制點(diǎn)位移。

    (4)重復(fù)第3步使所有控制點(diǎn)處位移為10mm。

    土方開挖過程中根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果適時施加。每一次旋轉(zhuǎn)千斤頂均要實(shí)時測量系統(tǒng)內(nèi)力變化。

    4.3 液壓式千斤頂預(yù)應(yīng)力施加

    施加前準(zhǔn)備工作:

    (1)液壓千斤頂STQ200T/100mm,電動油泵DZB1.5KW。

    (2)現(xiàn)場各施加點(diǎn)準(zhǔn)備好電源接線。

    (3)準(zhǔn)備鋼楔子、鋼尺、薄鋼片,鋼板等保證千斤頂與冠(腰)梁緊密擠壓。

    支護(hù)系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施加:

    液壓式預(yù)應(yīng)力施加點(diǎn)及荷載如圖7所示,施加前先對液壓儀表進(jìn)行校核,具體施加步驟為:(1、1a)~(12、12a)成對同步施加點(diǎn)位處構(gòu)件預(yù)應(yīng)力。

    圖7 鋼支撐液壓千斤頂預(yù)應(yīng)力施加點(diǎn)分布圖

    4.4 拆撐

    拆撐原則:

    換撐傳力構(gòu)件全部通過驗(yàn)收并收到拆除令后才能拆撐。拆撐時遵循“先裝后拆”的原則,按安裝方案逆序進(jìn)行。

    拆撐方案:

    (1)在地下室樓板施工完畢并能提供剛度后開始換撐工作,待傳力體施工驗(yàn)收完后開始逐步卸載以平穩(wěn)過渡支撐體系。

    (2)機(jī)械式預(yù)應(yīng)力體系按千斤頂?shù)淖罱K位置與初始位置的差值分三級釋放千斤頂。先釋放1/3張弦梁上的第一組千斤頂;再釋放1/3對撐上千斤頂。

    (3)每一級在施工過程中也應(yīng)緩慢地同步放松,并實(shí)時觀測位移變化,根據(jù)調(diào)整千斤頂釋放量。

    (4)液壓式預(yù)應(yīng)力體系按預(yù)應(yīng)力值釋放后通過破除混凝土二次灌漿層進(jìn)行支撐壓力卸載。

    (5)具體拆除流程:做拆除前準(zhǔn)備,落實(shí)拆除支解點(diǎn),拆除連接螺栓,割除連桿,釋放軸力,每次拆除長度不超過10m,拆除過程中加強(qiáng)圍護(hù)樁各項(xiàng)監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整拆除長度。

    支撐體系拆除順序:

    (1)豎向拆撐施工順序,所有鋼支撐及鋼托梁拆除完成后,方可進(jìn)行鋼格構(gòu)柱拆除,拆除時由上而下,直到拆除完成。

    (2)水平向拆撐順序,如圖8所示。①本工程拆撐工作由于主體結(jié)構(gòu)分段施工,支撐采取分區(qū)分段拆除,拆除順序按對角軸線順序進(jìn)行。①②平行施工→③④平行施工→⑤⑥平行施工。

    圖8 拆撐順序

    ④支撐拆除大面上采用叉車支頂+汽車吊+塔吊外運(yùn)方法。

    先拆腹桿、張弦梁等較輕小構(gòu)件,后拆主撐鋼模塊和托梁。待結(jié)構(gòu)施工完成后,再拆除所有的換撐,氣割拆除格構(gòu)柱。

    4.5 鋼支撐安裝、拆除及換撐需要解決的問題

    (1)由于鋼支撐的構(gòu)件均為廠家加工好后,運(yùn)送至現(xiàn)場,安裝后,與牛腿無法完全頂緊,需要進(jìn)行二次灌漿,厚度約20mm~100mm。

    (2)張弦梁反牛腿部位的固定螺母,為避免被土掩埋,需要根據(jù)現(xiàn)場情況砌筑檢查井,并預(yù)留拆除螺母的空間。

    (3)為便于現(xiàn)場更好地掌握鋼支撐受力情況,應(yīng)盡量在每個大角設(shè)置鋼支撐內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測設(shè)備。

    (4)原設(shè)計換撐采用傳力板,因地下室未施工完成,無法回填土方,施工完傳力板,土方將無法回填,向設(shè)計院提出換撐方案修改,經(jīng)設(shè)計驗(yàn)算,換撐采用傳力柱,傳力柱撐在支護(hù)樁跟負(fù)二層頂板上,原則上每根圍護(hù)樁上一根傳力柱,這樣既保證了換撐受力要求,后續(xù)還能回填土方。

    (5)為確?;又ёo(hù)力能更好地通過傳力柱傳遞到主體構(gòu)件,在施工傳力柱前,要將圍護(hù)樁上的雜物清理干凈,并按照設(shè)計圖紙要求設(shè)置鋼筋。

    (6)鋼支撐拆除、吊裝,鋼支撐安裝公司原計劃采用叉車加吊車進(jìn)行拆除,為避免破壞地下室負(fù)二層頂板,經(jīng)過計算,支撐內(nèi)力卸載完后,對鋼支撐進(jìn)行分段拆除吊裝,最長不超過12m,卸載完內(nèi)力的鋼支撐架在原支撐鋼梁上,吊車可以直接吊走,不需要叉車上板面配合拆除,能更好地保護(hù)樓板面。

    5 監(jiān)測

    5.1 鋼支撐內(nèi)力檢測情況

    鋼支撐內(nèi)力檢測情況如表3所示。

    表3 鋼支撐內(nèi)力檢測情況

    通過內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測,可以看出不同的時間段,內(nèi)力變化較大,特別是下午2點(diǎn)左右,內(nèi)支撐內(nèi)力值最大。每天的變化值偏差均在合理范圍內(nèi)。

    5.2 基坑監(jiān)測

    (1)鋼支撐拆除前,水平位移、垂直沉降、立柱沉降、鋼支撐內(nèi)力等監(jiān)測數(shù)值均低于預(yù)警指標(biāo),基坑變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi),基坑整體穩(wěn)定。鋼支撐拆除前監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

    表4 鋼支撐拆除前監(jiān)測數(shù)據(jù)

    (2)鋼支撐拆除過程,基坑變形較小,基坑變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi),基坑整體穩(wěn)定。鋼支撐拆除過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)如表5所示。

    表5 鋼支撐拆除過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)

    (3)鋼支撐拆除完成后,基坑變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi),基坑整體穩(wěn)定。鋼支撐拆除完成后監(jiān)測數(shù)據(jù)如表6所示。

    表6 鋼支撐拆除完成后監(jiān)測數(shù)據(jù)

    6 結(jié)語

    張弦梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐支護(hù)體系憑借其施工便捷、構(gòu)件循環(huán)再利用、環(huán)境影響程度低等特性,在本工程中已成功應(yīng)用,并取得良好的工程效果,可為內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工提供新思路。

    通過現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明,施工過程中基坑的水平位移、垂直沉降、立柱沉降、鋼支撐內(nèi)力等監(jiān)測數(shù)值在設(shè)計允許范圍內(nèi),基坑整體穩(wěn)定。因此,利用張弦梁結(jié)構(gòu)支護(hù)體系,不僅能保證施工安全、質(zhì)量,降低安全隱患,而且能提交工作效率,降低工程成本,加快施工進(jìn)度,具有良好的應(yīng)用前景。

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