預(yù)應(yīng)力鋼支撐新型活絡(luò)端結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與施工技術(shù)

王社江，范志高

（1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司, 江蘇 蘇州 215000；2.中鐵十六局集團(tuán)有限公司, 北京 100020）

1 引言

受當(dāng)前施工工藝限制，深基坑的開(kāi)挖必將引起周?chē)貙拥牡叵滤缓蛻?yīng)力場(chǎng)的改變，導(dǎo)致周?chē)貙幼冃蝃1，2]。城市中密集的建構(gòu)筑物、地下各類(lèi)管線(xiàn)、樁基以及復(fù)雜的地質(zhì)條件等，給基坑工程的施工安全帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為確保周邊環(huán)境安全，如何避免鋼支撐軸力損失是本工程基坑施工的關(guān)鍵[3]。目前，基坑施工通常采用內(nèi)撐體系對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，鋼支撐普遍采用鋼楔鐵塞緊，以確保支撐軸力。由于采用多塊楔鐵塞緊，每塊楔鐵間不可避免地存在間隙，在后期難免出現(xiàn)由于楔鐵擠密或楔鐵竄出而造成軸力損失。

2 新型保載活絡(luò)頭結(jié)構(gòu)

本工程所使用的新型預(yù)應(yīng)力鎖定鋼支撐，其工藝原理是在舊工藝的基礎(chǔ)上增加了螺桿、螺母，對(duì)易產(chǎn)生軸力損失的活絡(luò)端進(jìn)行固定，確保活絡(luò)端位置不因楔鐵松動(dòng)而產(chǎn)生軸力損失。鎖定裝置采用2 套由C45#圓鋼加工而成的螺桿以及螺母構(gòu)成（見(jiàn)圖1），螺桿外徑為120 mm，絲扣內(nèi)徑為102.68 mm，長(zhǎng)度為650 mm，絲牙長(zhǎng)度為470 mm。螺母外徑為190 mm，上部設(shè)置10 個(gè)φ25 mm 孔，便于螺母擰緊。螺桿設(shè)置在外側(cè)，按照320 t 油頂選型設(shè)計(jì)，對(duì)活絡(luò)頭進(jìn)行加強(qiáng)處理。整體外形如圖2 所示，便于安裝。

圖1 螺桿、螺母構(gòu)造圖

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工流程

施工過(guò)程中，鋼支撐架設(shè)與土方開(kāi)挖兩工序應(yīng)緊密結(jié)合，必須遵循“先撐后挖、隨挖隨撐”的原則，具體流程如圖3所示。

圖3 鋼支撐安裝施工工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 場(chǎng)地布置

據(jù)場(chǎng)地規(guī)劃對(duì)鋼支撐、圍檁堆放場(chǎng)地進(jìn)行硬化處理，以滿(mǎn)足堆放要求，保證鋼支撐的拼裝場(chǎng)地及履帶吊的作業(yè)場(chǎng)地。

3.2.2 機(jī)具、材料準(zhǔn)備

鋼支撐施工應(yīng)配備的設(shè)備包括吊裝設(shè)備、電焊設(shè)備、氧氣切割設(shè)備、預(yù)應(yīng)力施加設(shè)備、手電鉆等，所需材料有鋼圍檁、固定端、鋼支撐、鎖定活絡(luò)頭、鋼托架、鋼牛腿、鋼楔子、防墜繩、膨脹螺栓等。施工前，對(duì)進(jìn)場(chǎng)鋼支撐和鋼圍檁材質(zhì)、外徑及壁厚進(jìn)行驗(yàn)收，確定鋼管及法蘭盤(pán)的加工尺寸，同時(shí)，要進(jìn)行焊接探傷檢測(cè)，焊縫長(zhǎng)度、深度檢測(cè)，并對(duì)高強(qiáng)螺栓、膨脹螺栓進(jìn)行性能檢驗(yàn)。

3.2.3 鋼支撐預(yù)拼裝

鋼支撐在施工開(kāi)始前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝，鋼支撐的拼裝可采用履帶吊配合進(jìn)行，并在管節(jié)拼接位置擺放方木用于固定鋼管，防止鋼支撐滾動(dòng)，同時(shí)方便螺栓連接。鋼支撐拼接總長(zhǎng)度需以設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量?jī)艨战Y(jié)果為準(zhǔn)，并預(yù)留10~20 cm。

鋼支撐預(yù)拼裝完成后，放在堅(jiān)實(shí)、平整的地面上，檢查鋼支撐的平直度，要求其兩端中心連線(xiàn)的偏差度控制在20 mm以?xún)?nèi)，經(jīng)檢查合格后，對(duì)支撐按部位進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)明支撐長(zhǎng)度、安裝位置，以免錯(cuò)用。

3.3 測(cè)量放線(xiàn)

鋼支撐施工之前必須做好測(cè)量定位工作，包含平面坐標(biāo)系內(nèi)軸線(xiàn)控制網(wǎng)的布設(shè)和場(chǎng)區(qū)高程控制網(wǎng)的布設(shè)兩大方面的工作。測(cè)量人員準(zhǔn)確放出鋼支撐中心點(diǎn)及高程，將鋼圍檁上下外邊線(xiàn)做好標(biāo)記，方便確定鋼牛腿位置和在鋼支撐安好后校準(zhǔn)位置。

3.4 活絡(luò)頭、鋼牛腿、鋼圍檁施工

1）基坑地連墻保護(hù)層鑿除。根據(jù)安裝位置及選用構(gòu)件尺寸確定鋼牛腿安裝位置，先橫向鑿除保護(hù)層，找到豎向主筋位置，然后順著主筋豎向鑿除保護(hù)層，直至能夠滿(mǎn)足鋼牛腿焊接需要，并檢查鋼支撐安裝范圍內(nèi)沒(méi)有影響安裝的鼓包等，如果存在鼓包，應(yīng)同時(shí)鑿除。

2）實(shí)際長(zhǎng)度測(cè)量。根據(jù)鑿除后的地連墻位置用激光測(cè)距儀復(fù)測(cè)兩側(cè)安裝位置間的距離，確定安裝構(gòu)件的拼裝長(zhǎng)度，安裝間隙一般按照10 cm 控制。如果保護(hù)層較厚，適當(dāng)增加安裝間隙便于構(gòu)件吊裝就位。

3）安裝活絡(luò)頭?；罱j(luò)端采用新型保載活絡(luò)頭，根據(jù)拼裝長(zhǎng)度選擇合適的活絡(luò)頭構(gòu)件進(jìn)行組拼，按照對(duì)應(yīng)構(gòu)件長(zhǎng)度控制組拼接頭數(shù)量。組拼時(shí)應(yīng)控制整體構(gòu)件的直線(xiàn)度和連接部位的緊固可靠，組拼完成后檢查構(gòu)件拼裝尺寸是否符合要求。

4）安裝鋼牛腿。根據(jù)鋼支撐中心點(diǎn)確定鋼牛腿位置，鋼牛腿采用角鋼焊接而成，將預(yù)先加工好的鋼牛腿通過(guò)膨脹螺栓將鋼牛腿固定在地連墻或圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)上。

5）安裝鋼圍檁。用龍門(mén)吊或者汽車(chē)吊將鋼圍檁吊裝到鋼牛腿上部，人工配合安裝，根據(jù)測(cè)量隊(duì)畫(huà)的噴漆將鋼圍檁準(zhǔn)確安放到位，通過(guò)膨脹螺栓固定在地連墻或維護(hù)結(jié)構(gòu)上。

3.5 斜撐接頭箱安裝

對(duì)于盾構(gòu)井斜撐的安裝方式并不是垂直于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的，地連墻施工時(shí)，必須預(yù)埋斜撐連接鋼板。預(yù)埋斜撐連接鋼板由φ28 mm 錨固鋼筋與20 mm 厚鋼板穿孔塞焊加工制成，按照設(shè)計(jì)位置在地墻施工時(shí)預(yù)埋好，斜撐預(yù)埋件中心位置與支撐中心位置一致。斜撐的支撐端頭是用鋼板焊接三角形接頭鋼板箱，將斜撐接頭箱與預(yù)埋在地連墻的鋼板進(jìn)行焊接，完成斜撐接頭箱的安裝。

3.6 鋼支撐吊裝

鋼支撐在地面進(jìn)行整體預(yù)拼裝后，采用兩點(diǎn)吊裝送入基坑，吊點(diǎn)位置設(shè)在單根鋼支撐長(zhǎng)度的1/4 和3/4 處。鋼支撐吊至基坑上空安裝位置附近后，人工牽引繩索配合履帶吊使鋼支撐緩慢、安全進(jìn)入基坑，再緩慢調(diào)整鋼支撐至鋼托架上。鋼托架采用鋼板內(nèi)外雙焊縫焊接制作而成，托架尺寸需與鋼支撐固定端或活絡(luò)端尺寸相匹配，保證鋼支撐中心線(xiàn)與鋼圍檁中心線(xiàn)相平齊。

3.7 預(yù)應(yīng)力施加

1）施工前檢查千斤頂裝置，同時(shí)，軸力監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)核對(duì)“歸零”，在預(yù)應(yīng)力施加過(guò)程中值做好記錄。

2）鋼支撐吊裝到位并臨時(shí)固定后，將活絡(luò)頭拉出頂住鋼墊箱（端頭設(shè)置三角鐵板穩(wěn)定），將2 臺(tái)千斤頂放入活絡(luò)頭頂壓位置，2 臺(tái)千斤頂?shù)陌卜盼恢帽仨殞?duì)稱(chēng)，且與鋼支撐平行，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)必須保證2 臺(tái)千斤頂同步進(jìn)行。支撐預(yù)應(yīng)力應(yīng)分二次勻速施加，第一次施加預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值的70%，穩(wěn)定10 min，檢查栓緊螺帽無(wú)異常后，再施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值的100%，再次穩(wěn)定10 min 后，檢查無(wú)異常，方可按設(shè)計(jì)規(guī)定值進(jìn)行鎖定。

3）預(yù)應(yīng)力施加完成后，首先在活絡(luò)頭中鍥緊墊塊，燒焊牢固，然后焊接螺桿，擰緊螺母，回油松開(kāi)千斤頂，解開(kāi)起吊鋼絲繩，完成該根支撐的安裝。

3.8 鋼支撐拆除

待結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，拆除相應(yīng)鋼支撐。拆除前應(yīng)安全卸載支撐預(yù)應(yīng)力，避免應(yīng)力突變對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響，必要時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)適當(dāng)保留變形較大處的支撐，待結(jié)構(gòu)施作完畢且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除。

鋼支撐的整體拆除順序?yàn)椋很?chē)站底部混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除最底層鋼支撐；站臺(tái)層側(cè)墻防水層、側(cè)墻及中板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除中間層鋼支撐；站廳層側(cè)墻防水層、側(cè)墻及頂板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除第一層混凝土支撐。

同一層的鋼支撐拆除順序?yàn)椋簭膬蛇呁虚g方向逐根拆除。

單根鋼支撐采用吊車(chē)“分級(jí)卸載，整體調(diào)運(yùn)”的拆除方式，拆除步驟為：首先，吊車(chē)于基坑一側(cè)就位，用鋼絲繩吊住鋼支撐，同樣采用兩點(diǎn)起吊法，待鋼絲繩豎向持力后，采用千斤頂對(duì)鋼支撐加力壓縮，卸去鋼支撐軸力，拆除螺桿、螺母、鋼楔塊，再拆除定位鋼板等附件，然后將單根鋼支撐吊出基坑。

4 結(jié)論

本文介紹了一種新型預(yù)應(yīng)力鋼支撐包載活絡(luò)頭結(jié)構(gòu)，并對(duì)其安裝關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量控制措施進(jìn)行了總結(jié)：

1）新型預(yù)應(yīng)力鋼支撐包載活絡(luò)頭增加了螺栓結(jié)構(gòu)，可有效減少預(yù)應(yīng)力的損失，保護(hù)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全。

2）鋼支撐安裝施工應(yīng)與土方開(kāi)挖緊密配合，及時(shí)架設(shè)鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力，縮短無(wú)支撐暴露時(shí)間。