預應力組合型鋼支撐施工技術

戚肇剛 謝玉成 嚴寶峰 邱 健

中建八局第三建設有限公司 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、設備用房、餐廳等，地上主要由行政服務中心（8層）、城市規劃展覽館（4層）、共享服務大廳等3個部分組成。

本工程基坑支護采用豎向圍護結構加1道水平預應力組合型鋼內支撐體系，根據工程特點及地勘情況，支撐形式采用角撐（圖2）。支護樁及立柱樁采用φ800 mm、φ900 mm鉆孔灌注樁，圍檁采用雙拼H型鋼組合結構，支撐采用3榀和4榀H型鋼組合結構。構件之間均采用高強螺栓進行連接，托座、支撐梁安裝在H型鋼立柱樁上；組合內支撐及各構件（材質均為Q345B）均采用工廠加工定制的標準件進行現場安裝；牛腿采用角鋼現場焊接。

圖1 工程效果圖

圖2 型鋼支撐效果圖

2 施工特點

預應力組合型鋼支撐均為工廠生產的標準化模塊構件拼裝組合而成，施工工藝簡單、施工效率高、工期短，各構件之間均采用高強螺栓連接，適應性強（通過調整各構件的拼裝尺寸），支撐及各構件可循環利用率高。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

深化設計→施工準備→測量定位→H型鋼立柱樁施工→開挖冠梁及牛腿土方→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→預應力施加→基坑土方開挖→基坑開挖結束→施工澆筑混凝土墊層、底板、側墻、頂板及混凝土換撐→地下室結構、頂板、側墻及混凝土換撐強度達到設計強度→拆除組合型鋼支撐[1-2]

3.2 立柱樁施工技術要求

本工程立柱樁樁頂標高未至自然地面，安插型鋼立柱及控制立柱的標高、垂直度及方向成為施工過程中的難點。通過優化，將立柱樁增長至自然地面以上，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部。利用全站儀對立柱樁的標高、位置及方向進行校核，垂直度通過靠尺校核，校核通過自制型鋼孔口支架（圖4）進行，孔口支架四面固定有機械千斤頂，用以調節型鋼立柱的位置、方向以及垂直度。

3.3 冠梁施工技術

由于冠梁標高為－0.30～3.80 m不等，部分型鋼圍檁位于冠梁側面，在冠梁合模前可利用該部分圍檁直接作為模板。其優點為可防止因先預埋螺栓后安裝圍檁造成的成品圍檁螺栓孔與螺栓不匹配，而需進行后開孔處理，從而對型鋼圍檁造成破壞。

圖3 型鋼立柱底部削尖

圖4 孔口支架

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

3.4 圍檁施工技術

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

圍檁安裝（圖6）前根據圖紙深化設計合理配置圍檁尺寸，遵循“先深化后排布，先長后短少接頭”的原則，優先使用較長圍檁，根據現場實際情況合理排布。圍檁與圍檁連接時均采用摩擦型高強螺栓進行連接，高強螺栓緊固分2次施工，嚴禁一次緊固到位。終擰前圍檁必須形成閉合或局部閉合，同時緊固時須嚴格按照設計值進行緊固，防止扭力過大導致高強螺栓破壞。拼接的整個鋼圍檁體系務必確保雙榀或多榀型鋼構件形成統一整體，共同受力。基坑轉角處2個方向圍檁必須與支護樁或者冠梁貼實，若存在間隙必須采取塞焊鋼板等加固措施，保證基坑轉角處受力均勻。

圖5 牛腿焊接

圖6 圍檁安裝

由于支護樁施工過程中存在一定偏差及間隙，需采用T形傳力件將支護與圍檁連接形成有效傳力體系（圖7），T形傳力件與支護樁主筋雙面貼焊，T形傳力件與圍檁采用高強螺栓連接，支護樁與圍檁之間的空間采用混凝土澆筑密實。T形傳力件尺寸及標高需根據圍檁及支護樁之間的實際距離進行調整，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

托座件安裝控制的重點有2點：標高控制、垂直度控制。托座件標高誤差的大小直接關系到對撐的平整度及標高，根據圖紙要求，其誤差應控制在20 mm之內。同時托座件安裝時必須嚴格控制其垂直度，防止受力不均。根據設計要求，立柱與托座件連接必須保證使用6個高強螺栓，立柱樁在施工過程中難免存在垂直度偏差的問題，而垂直度偏差會導致托座件與立柱連接螺栓不滿足設計要求。若無法滿足6個螺栓連接，則該處應焊接角鋼等加固立柱與托座件的連接。

橫梁施工時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個高強螺栓連接，由于施工過程中立柱角度存在偏差，故會導致橫梁與托座件的有效連接螺栓不足，此時需通過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支撐體系的剛度，還能提高支撐的穩定性。

圖8 托座件與橫梁安裝示意

3.6 支撐施工及預應力技術

支撐安裝前應根據深化圖紙在地面進行預拼，拼接的支撐中心線誤差要控制在設計范圍內，不得超過2 mm，同時支撐的標高誤差不得大于20 mm，并需控制支撐整體的撓曲度，在必要時，需進行橫梁的增設以減少支撐的撓曲度。支撐拼裝過程中穿插支撐蓋板等附屬構件的安裝，使多榀支撐形成整體。每組預應力鋼支撐預加預應力750 kN，支撐拼裝完成后施加預應力總量的50%，后期根據基坑開挖的變形情況逐步施加預應力，累計不得超過設計預應力的100%。

組合型鋼支撐的各構件布置完畢后，先檢查各部件螺栓的連接是否緊固，傳力件與圍護體系的連接狀態是否正確，然后由角撐從內向外逐道加壓。預應力施加前對油壓千斤頂等設備提前進行檢測并確保其合格；隨著新安裝的支撐預應力的施加，之前加載過后的支撐應力會逐漸減小，因此，需設置復加預應力裝置；預應力施加過程中要檢查每個節點的連接情況，防止偏心受壓及受力不均。同時，支撐的預應力施加嚴格按設計圖紙上提供的軸力來進行，不允許加載不到位或超加載，整個過程中的資料須記錄并存檔。

3.7 型鋼支撐拆除技術

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，需利用地下1層換撐板帶，待換撐板帶達到設計要求時方可進行型鋼支撐的拆除。拆除時，換撐板帶必須形成閉合，整體強度須達到設計要求，嚴禁隨意拆除，拆除時要緩慢對支撐軸力進行卸載，避免應力突變對圍護、主體結構產生負面影響。

預應力組合型鋼支撐拆除順序與安裝順序相反，嚴格按照先安后拆的順序進行（一般順序為：換撐板帶達設計強度→監測→支撐、對撐拆除→角撐拆除→三角件及圍檁拆除→傳力件拆除→牛腿及立柱拆除），且嚴格遵守設計要求。支撐拆除時，首先對其進行監測，觀察支撐是否處于穩定狀態，確定支撐穩定后對支撐軸力逐步進行卸載，軸力卸載完成后，觀察12 h并監測數據，將監測數據與卸載前數據進行對比，確定基坑變形穩定后方可拆除。在整個拆除過程中需不斷地對基坑變形進行監測，以確保基坑安全[3-5]。

拆除時避免瞬間預加應力釋放過大而導致結構局部變形、開裂。首先對對撐梁進行應力釋放，釋放過程要求盡可能對稱作業，有利于結構受力均衡。支撐（角撐、對撐）采用專用千斤頂支頂并適當加力頂緊，然后取出調整鋼墊板，千斤頂逐步卸力，停置一段時間后繼續卸力，直至結束。

4 變形監測

預應力組合型鋼支撐系統的變形監測與基坑變形監測同步進行，本工程基坑監測的主要項目有圈梁水平位移、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。

基坑監測從基坑土方開挖開始進行，直至土方回填結束，必要時可在支護結構施工期間開始監測。監測時，基坑土方開挖期間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。實際的監測頻率根據現場實際情況進行調整，如遇特殊情況應加密監測頻率。監測結果經分析后，及時通報業主方及監理、設計、施工單位，并匯報監測結論，使得各方及時了解基坑現狀。

本工程預應力組合型鋼支撐體系在整個監測周期內均處于穩定可靠狀態，各項監測數據均遠小于設計報警值，有效地保證了基坑及周邊環境的安全穩定。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沉降0.94 mm，周邊管線最大累計沉降4.51 mm，立柱最大累計沉降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 結語

本工程采用預應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，相比傳統支撐節省工期約2個月。在支撐拆除過程中未產生建筑垃圾，也未造成揚塵及噪聲污染，同時，拆除后的組合型鋼支撐可在后續項目中重復利用，有效地節約了施工成本，相比傳統支撐節約成本15%～20%。

在整個工程施工階段，基坑變形穩定，基坑各項變形指標均未超過規范及設計要求，基坑安全可控。預應力組合型鋼支撐作為深基坑支護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點，未來將會受到施工、設計、業主的青睞，也會成為支撐體系的主流。