146 m長雙段雙層雙拼鋼支撐應(yīng)用與研究

魏云波 ，招松 ，夏小軍 ，楊成明 ，王東

（1.中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210046；2.江蘇建科工程咨詢有限公司,江蘇 南京 210046）

0 引言

近年來，以裝配式建筑為核心的建筑產(chǎn)業(yè)化已成為國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略之一。裝配式基坑支護(hù)體系是裝配式建筑的重要組成部分，是國家產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)先扶持的領(lǐng)域。按材料類別分，基坑內(nèi)支撐主要分為混凝土支撐和鋼支撐。現(xiàn)階段民用建筑支撐主要采用混凝土支撐體系。混凝土支撐體系資源浪費(fèi)非常大，拆除過程中產(chǎn)生噪音、粉塵及大量廢棄物。鋼支撐可周轉(zhuǎn)循環(huán)利用，綠色環(huán)保，可作為混凝土支撐的替代。本文結(jié)合南京國際博覽中心三期工程鋼支撐施工,從技術(shù)特點(diǎn)、施工工藝和監(jiān)測分析等方面進(jìn)行闡述。

1 工程概況

南京國際博覽中心三期工程位于南京市建鄴區(qū)金沙江西街與江東中路交叉口，總建筑面積約為38.5萬m2,總建筑高度127.8 m，地下室2層，基坑面積8萬m2，基坑開挖深度11 m。鋼支撐總用鋼量686 t。鋼支撐部分由兩段各長73 m的鋼支撐加中間混凝土棧橋組成，共有12道鋼支撐，分2層，鋼支撐與鋼圍檁采用的型鋼為H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm，鋼支撐端部與基坑邊設(shè)置的鋼圍檁固定。鋼支撐通過下部鋼系桿支承，鋼系桿采用雙拼32a槽鋼連接于鋼支撐兩側(cè)的格構(gòu)式立柱上。鋼支撐剖面見圖1。

圖1 鋼支撐剖面

2 鋼支撐技術(shù)特點(diǎn)

（1）簡單高效，省時(shí)省力。H型鋼鋼支撐均為工廠加工的標(biāo)準(zhǔn)件，滿足各種支撐要求，現(xiàn)場拼裝簡便且無需養(yǎng)護(hù)，安裝完成后即可進(jìn)行下道工序施工，極易推廣。

（2）質(zhì)量可靠，技術(shù)領(lǐng)先。H型鋼鋼支撐現(xiàn)場無需焊接，使用高強(qiáng)螺栓連接，質(zhì)量隱患小；自身承載力標(biāo)準(zhǔn)化也可有效降低施工安全隱患，并能在施工過程中根據(jù)進(jìn)度靈活調(diào)整。

（3）循環(huán)使用，降本增效。H型鋼鋼支撐使用損耗低，可重復(fù)使用，使用壽命高達(dá)20 y，其安裝成本和材料攤銷成本較傳統(tǒng)鋼支撐及混凝土支撐相比優(yōu)勢明顯。

（4）綠色環(huán)保，節(jié)能減排。H型鋼鋼支撐為可回收周轉(zhuǎn)性材料，與傳統(tǒng)混凝土支撐相比，減少了不可回收資源的投入和建筑垃圾的產(chǎn)生，符合國家節(jié)能減排、發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)政策。

3 鋼支撐安裝方法

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放線→鋼圍檁拼裝→鋼支撐拼裝→千斤頂安裝→頂端空隙細(xì)石混凝土填充→預(yù)加預(yù)應(yīng)力→復(fù)緊連接螺栓→檢查及軸力附加。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 測量放線

測量放線包括軸線和標(biāo)高。軸線是指沿鋼支撐軸線方向，測量混凝土支撐和混凝土圍檁之間的距離。實(shí)測結(jié)果和設(shè)計(jì)尺寸比較，確定鋼支撐的安裝長度，預(yù)先對(duì)拼裝構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整。標(biāo)高是指支撐牛腿在混凝土圍檁埋板、混凝土支撐埋板和格構(gòu)柱上的焊接標(biāo)高。

3.2.2 鋼圍檁安裝

當(dāng)土建施工混凝土圈梁至鋼結(jié)構(gòu)施工區(qū)域時(shí)，安裝鋼圍檁兩端預(yù)埋件。安裝鋼圍檁前設(shè)置下部支撐牛腿。支撐牛腿與混凝土結(jié)構(gòu)（砼支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)）可采用化學(xué)錨栓連接。隨后采用塔吊安裝鋼圍檁，鋼圍檁安裝完成后，背側(cè)采用C20細(xì)石混凝土填實(shí)，保證與混凝土結(jié)構(gòu)無縫隙。鋼圍檁與混凝土圍檁連接見圖2。

3.2.3 鋼支撐安裝

（1）鋼支撐安裝前，先安裝鋼支撐下支撐鋼系桿。鋼系桿與基坑中支撐兩側(cè)的格構(gòu)立柱相連。所有鋼系桿安裝完成后安裝鋼支撐。鋼系桿安裝完成，上表面在一個(gè)平面內(nèi)，安裝誤差控制在設(shè)計(jì)位置±1 cm。

圖2 鋼圍檁與混凝土圍檁連接

（2）測量鋼支撐的軸線，在上下層系桿上確定雙層鋼支撐的安裝位置，然后在鋼支撐的一側(cè)焊接限位角鋼，限制支撐的左右移動(dòng)。

（3）每節(jié)段鋼支撐長度為6 m，安裝前在地面將每2節(jié)段鋼支撐拼成1整節(jié)吊裝。依次把預(yù)拼裝好的鋼支撐從圍檁一側(cè)向混凝土支撐一側(cè)安裝在系桿上。每段鋼支撐安裝時(shí)，要與下部支座形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。鋼支撐節(jié)段之間、鋼支撐和鋼圍檁之間用螺栓連接。千斤頂安裝在鋼支撐與混凝土支撐連接端，與鋼支撐連成一體。縫隙處通過千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)進(jìn)行消除。

（4）八字撐和連桿安裝。八字撐采用型鋼兩端的連接鍵通過高強(qiáng)螺栓分別與鋼支撐和鋼圍檁連接。八字撐可使圍檁受力均勻，然后傳到鋼支撐上。連桿把平面內(nèi)2根H型鋼支撐連接在一起增加整體剛度和穩(wěn)定性。連桿采用蓋板和高強(qiáng)螺栓與鋼支撐連接，連接強(qiáng)度高、抗剪效果好。

（5）緊固螺栓和平直度檢查。①鋼支撐、鋼圍檁、八字撐和連桿均安裝連接好后，位置無誤差，然后緊固螺栓。②緊固螺栓分2次，初擰和終擰，每次擰緊均應(yīng)檢查鋼支撐的軸線和平整度，緊固螺栓采用力矩扳手，螺母擰緊后至少外露2個(gè)絲牙。③待支撐安裝完成后，用水準(zhǔn)儀復(fù)核整體安裝的平整度，確保預(yù)加力施加前，安裝誤差控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。預(yù)加力施加后檢查螺栓的松動(dòng)，擰緊所有螺栓。

（6）限位裝置的安裝。①鋼支撐整體安裝基本結(jié)束后，在系桿上的鋼支撐另一側(cè)焊接限位角鋼，限制鋼支撐的左右移動(dòng)。②安裝控制鋼支撐上下移動(dòng)的控位角鋼，把限位裝置、系桿和鋼支撐連接起來形成約束節(jié)點(diǎn)。③施加預(yù)加力前，上下控位角鋼不能擰緊，以防預(yù)加力損失在約束節(jié)點(diǎn)，待加載完成后再擰緊。

3.2.4 預(yù)加預(yù)應(yīng)力

本工程鋼支撐體系共設(shè)置24個(gè)千斤頂，均在靠近中部混凝土支撐帶設(shè)置。每道鋼支撐施加800 kN預(yù)加軸力,分三級(jí)施加，第一級(jí)施加40%，每道支撐最后一節(jié)安裝完成后直接施加。所有鋼支撐安裝完成后，預(yù)應(yīng)力進(jìn)行第二級(jí)施加30%，最后第三級(jí)施加30%。千斤頂預(yù)應(yīng)力應(yīng)同步施加，鋼支撐預(yù)加軸力施加前，作為鋼支撐后靠的砼支撐需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加完成之后，對(duì)連接螺栓全數(shù)進(jìn)行復(fù)緊。

3.2.5 鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)

傳統(tǒng)預(yù)加軸力系統(tǒng)是在支撐與鋼圍檁連接處采用活絡(luò)頭加臨時(shí)千斤頂裝置，預(yù)加軸力時(shí)采用臨時(shí)千斤頂預(yù)加軸力，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后在活絡(luò)頭中打入鋼楔，然后千斤頂卸載、拆除。這就造成所有預(yù)加力最終由鋼楔承擔(dān)，而鋼楔剛度小、變形大，易造成預(yù)加軸力損失大，基坑變形大。

本工程鋼支撐采用的預(yù)加軸力系統(tǒng)，千斤頂永久設(shè)置于鋼支撐上，無千斤頂卸載工況。采用千斤頂自動(dòng)伺服系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)行軸力補(bǔ)償，預(yù)加軸力損失量較小，基坑變形小。

3.2.6 千斤頂行程驗(yàn)算

千斤頂行程由三部分控制：支撐壓縮量、支撐接頭間隙、圍檁與圍護(hù)間隙。支撐壓縮量為20 mm。每個(gè)支撐接頭間隙約3 mm，支撐每節(jié)約6 m，73m間隙約40 mm。圍檁與圍護(hù)間隙5 mm。單個(gè)千斤頂行程150 mm。經(jīng)計(jì)算73 m支撐三部分之和為65 mm，應(yīng)預(yù)留50 mm余量，單根支撐僅需設(shè)置一個(gè)千斤頂。

4 鋼支撐監(jiān)測分析

應(yīng)力水平可直接反映鋼支撐體系的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)于應(yīng)力水平較高的鋼支撐體系，無線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)可保證基坑安全，一旦變形超過允許值系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。通過整合現(xiàn)有的基坑全自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，建立深基坑鋼支撐軸力無線實(shí)時(shí)監(jiān)測體系。

基坑軸力監(jiān)測數(shù)值變化如圖3所示，鋼支撐軸力在基坑開挖過程中，隨著基坑變形累計(jì)，其軸力波動(dòng)較小。基坑開挖完成后，鋼支撐的軸力隨溫度變化而變化，最大軸力值小于報(bào)警值140 t，屬于可控范圍之內(nèi)，說明基坑處于穩(wěn)定可控狀態(tài)。

圖3 基坑軸力監(jiān)測數(shù)值變化

混凝土支撐區(qū)域基坑位移如圖4，鋼支撐區(qū)域基坑位移如圖5，混凝土支撐范圍內(nèi)測斜最大達(dá)到20.5 mm,鋼支撐范圍內(nèi)測斜最大達(dá)到15.2 mm。可見鋼支撐區(qū)域比混凝土支撐區(qū)域基坑位移小。

圖4 混凝土支撐區(qū)域基坑位移

圖5 鋼支撐區(qū)域基坑位移

基坑北側(cè)樁頂位移如圖6，混凝土支撐區(qū)域最大15.6 mm，鋼支撐區(qū)域最大13.2 mm；基坑南側(cè)樁頂位移如圖7，混凝土支撐區(qū)域最大16.5 mm，鋼支撐區(qū)域最大15.7 mm。鋼支撐區(qū)域比混凝土支撐區(qū)域樁頂位移小。

圖6 基坑北側(cè)樁頂位移

圖7 基坑南側(cè)樁頂位移

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的基坑內(nèi)支撐采用混凝土支撐，混凝土支撐的施工需支模、綁扎鋼筋、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等。新型鋼支撐的施工采用裝配式型鋼，整體結(jié)構(gòu)全部使用螺栓連接。經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）工期短，利于結(jié)構(gòu)成品保護(hù)。鋼支撐的安裝速度快，施工方便。混凝土施工需要養(yǎng)護(hù)時(shí)間，尤其在冬季施工，養(yǎng)護(hù)時(shí)間更久，鋼支撐施加預(yù)加力后可迅速形成支撐剛度。鋼支撐拆除速度快，拆除后直接調(diào)走，利于結(jié)構(gòu)成品保護(hù)，混凝土支撐破碎速度慢而且需清理垃圾，節(jié)約拆除時(shí)間。

（2）周轉(zhuǎn)使用，降低成本。

混凝土支撐一次性使用和拆除，材料浪費(fèi)，產(chǎn)生大量廢棄物。鋼支撐周轉(zhuǎn)重復(fù)使用，使用次數(shù)多，成本降低。