裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐在超深基坑中的應(yīng)用

【摘要】裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐具有安全可靠、工期短、可拆卸重復(fù)使用、節(jié)省資源等優(yōu)點(diǎn)，在超深基坑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文以陜西某超高層項(xiàng)目深基坑支護(hù)施工為例，介紹裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐的結(jié)構(gòu)形式、工藝流程，闡述施工過(guò)程中的技術(shù)要點(diǎn)、變形監(jiān)測(cè)及應(yīng)急處理，為類(lèi)似工程起到借鑒和指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】裝配式? 預(yù)應(yīng)力? 組合鋼支撐

一、工程概況

陜西某超高層項(xiàng)目位于西安唐延路南段，占地面積38618m2。擬建建筑物為商業(yè)建筑，由2棟24層高層建筑、2棟33層超高層建筑及4層多層建筑裙樓組成，均設(shè)3層地下室。基坑?xùn)|西長(zhǎng)174米，南北長(zhǎng)173米，開(kāi)挖深度20.47米，開(kāi)挖面積27390m2，為一類(lèi)基坑。

二、裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐的結(jié)構(gòu)組成和特點(diǎn)

本項(xiàng)目深基坑支護(hù)工程包括圍護(hù)樁、立柱樁、錨索、三道水平支撐及角撐、魚(yú)腹梁等。基坑采用三道裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐+砼支撐，均為單層結(jié)構(gòu)。對(duì)撐最大跨度為140m，角撐最大跨度為74m，魚(yú)腹梁最大跨度為30m。

三、裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐的施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)

（一）施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→土方開(kāi)挖→定位測(cè)量→圍護(hù)樁、冠梁施工→立柱施工→開(kāi)槽施工牛腿、托座、支撐梁→圍檁施工→第一道混凝土支撐施工和裝配式鋼支撐安裝→施加預(yù)應(yīng)力→土方開(kāi)挖至第二道支撐工作面→第二道混凝土支撐施工和裝配式鋼支撐安裝施工→施加預(yù)應(yīng)力→土方開(kāi)挖至第三道支撐工作面→第三道混凝土支撐施工和裝配式鋼支撐安裝→施加預(yù)應(yīng)力→土方開(kāi)挖至基坑標(biāo)高→混凝土墊層、底板、中層板、側(cè)墻施工，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度→依次拆除回收第三、二、一道支撐及立柱拆除→工程結(jié)束。

（二）技術(shù)要點(diǎn)

本項(xiàng)目深基坑采用區(qū)段設(shè)置三道內(nèi)支撐，水平第一道支撐撐在冠梁上，其余第二道均撐在鋼圍檁或混凝土圍檁上。所用鋼支撐構(gòu)件均在工廠進(jìn)行制作，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)安裝、拆除。圍護(hù)樁、冠梁、立柱樁、混凝土支撐等混凝土構(gòu)件均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行制作、安裝、澆筑。

1.護(hù)坡樁和冠梁施工

護(hù)坡樁采用鉆孔灌注樁，護(hù)坡樁承受水平推力，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼筋制作和安裝，防止扭轉(zhuǎn)、彎曲。護(hù)坡樁埋深應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，混凝土灌注應(yīng)連續(xù)、緊促，灌注導(dǎo)管要保持一定的活動(dòng)頻率，提高灌注質(zhì)量，保證樁身完整性。護(hù)坡樁應(yīng)采用低應(yīng)變法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。

冠梁施工前應(yīng)先破除護(hù)坡樁樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁頭浮灰應(yīng)清理干凈，護(hù)坡樁的主筋應(yīng)錨入冠梁內(nèi)，且不小于設(shè)計(jì)要求。冠梁鋼筋應(yīng)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求制作、安裝，保證構(gòu)件有足夠強(qiáng)度。

2.立柱樁施工

基坑內(nèi)部裝配式預(yù)應(yīng)力組合支撐正下方設(shè)置方鋼立柱、H型鋼立柱，根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)特點(diǎn)，立柱施工采用旋挖鉆機(jī)成孔后先施工立柱下灌注樁，然后插入鋼構(gòu)柱立柱。立柱施工過(guò)程嚴(yán)格控制立柱插入深度及角度、垂直度等。

3.牛腿、托座、支撐梁施工

牛腿的焊接部位應(yīng)進(jìn)行部分灌注樁破樁，再焊接鋼板在主筋上。基坑四周的鋼牛腿應(yīng)控制在同一個(gè)水平面上，鋼牛腿應(yīng)保證有三處連接牢固可靠，焊縫滿足設(shè)計(jì)，有足夠的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)扭曲、脫焊現(xiàn)象;牛腿橫桿長(zhǎng)度及水平度滿足使用要求。

托座安裝要嚴(yán)格控制水平標(biāo)高、垂直度，托座與立柱樁安裝緊固牢靠，摩擦型高強(qiáng)螺栓的扭矩達(dá)到規(guī)定要求。

4.圍檁、角撐、對(duì)撐施工

圍檁安裝應(yīng)遵循“先長(zhǎng)后短，減少接頭”，先使用長(zhǎng)圍檁，減少?lài)鷻_接頭。圍檁按順序隨支撐逐段吊裝架設(shè)，人工配合將鋼圍檁安放于牛腿支架上，圍檁的連接部位和搭接部位必須滿足強(qiáng)度要求，應(yīng)用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接緊固。

圍檁和角撐之間存在夾角，不宜直接安裝，應(yīng)先在支撐橫梁上標(biāo)好安裝記號(hào)，根據(jù)記號(hào)進(jìn)行安裝，保證支撐順直度。部分對(duì)撐、角撐連接過(guò)程中，若存在多余空擋，應(yīng)使用相對(duì)較厚的鋼板進(jìn)行墊緊貼密，防止在后續(xù)加力工序中支撐體系受力發(fā)生偏心。

角撐、對(duì)撐安裝應(yīng)嚴(yán)格控制H型鋼構(gòu)件接頭中心線和兩端標(biāo)高，其與圍檁、連接件和預(yù)應(yīng)力裝置之間的夾角須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，角撐、對(duì)撐整體撓曲度允許值符合設(shè)計(jì)要求。

5.魚(yú)腹梁安裝施工

魚(yú)腹梁安裝應(yīng)按照設(shè)計(jì)跨度在地面進(jìn)行拼裝，整體起吊擺放在支撐牛腿上，兩端人工牽引，確保整體穩(wěn)定，螺栓緊固達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼絞線張拉應(yīng)使張拉作用線與鋼絞線的軸線重合一致，張拉應(yīng)力值符合設(shè)計(jì)要求，張拉伸長(zhǎng)率無(wú)異常，鋼絞線張拉應(yīng)按順序逐根進(jìn)行，每層分別分三次張拉。

6.預(yù)應(yīng)力施加壓

預(yù)應(yīng)力施加時(shí)，要及時(shí)檢查每個(gè)接點(diǎn)的連接情況，并做好施加預(yù)應(yīng)力的記錄;在支撐受力后，必須嚴(yán)格檢查并杜絕因支撐和受壓面不垂直而發(fā)生漸變，從而導(dǎo)致基坑擋墻水平位移持續(xù)增大乃至支撐失穩(wěn)等現(xiàn)象發(fā)生。

順序：對(duì)撐→角撐→魚(yú)腹梁

支撐加壓應(yīng)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載。根據(jù)施工圖紙中每個(gè)加壓位置的施加應(yīng)力值，按照每根型鋼一個(gè)千斤頂?shù)脑瓌t計(jì)算每個(gè)千斤頂?shù)募訅簲?shù)值。

計(jì)算公式為：加壓值（P）=施加應(yīng)力值（F）÷千斤頂截面積（㎡）÷千斤頂個(gè)數(shù)

魚(yú)腹梁鋼絞線安裝要左右對(duì)稱(chēng)，鋼絞線張拉時(shí)要一根一根進(jìn)行，采用分批超張拉的方式（按15%超張拉控制），避免部分張拉不到位，一定要形成整體并均勻受力。鋼絞線的張拉首先施加圖紙上注明張拉力的50%和80%，穩(wěn)定后再加載至100%荷載，在該張拉荷載下保持15分鐘，觀測(cè)錨頭無(wú)位移現(xiàn)象后鎖定。鋼絞線張拉時(shí)鋼絞線的伸長(zhǎng)率、預(yù)應(yīng)力、張拉機(jī)械及特殊情況等要記錄并存檔。

7.裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐的拆除

裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐拆除前，應(yīng)先完成可靠的換撐工作。本項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)及混凝土傳力帶全部澆筑完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后方可拆除第三道全部支撐，負(fù)三、二層頂板及換撐帶混凝土全部澆筑完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后方可拆除第二、一道全部支撐。拆除過(guò)程中應(yīng)遵循：監(jiān)測(cè)→釋放鋼絞線預(yù)應(yīng)力→拆除角撐及圍檁→拆除支撐梁→拆除牛腿及型鋼立柱。

對(duì)拆除區(qū)域的預(yù)應(yīng)力應(yīng)遵循30%、60%、100% 3輪分級(jí)循環(huán)釋放的原則，先魚(yú)腹梁后角撐、對(duì)撐。拆除時(shí)應(yīng)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。確保鋼支撐拆除后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移控制在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi)。

四、裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐變形監(jiān)測(cè)和應(yīng)急處理

（一）支撐變形監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐變形監(jiān)測(cè)與基坑監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、立柱的沉降監(jiān)測(cè)等。

監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求基坑開(kāi)挖不同階段1-3天/次，應(yīng)力監(jiān)測(cè)1天/次，出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值、數(shù)據(jù)變化較快、大量積水連續(xù)降雨、支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂、地面荷載突然增大等突發(fā)情況時(shí)，應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率。

（二）支撐應(yīng)急處理

1.角撐向坑內(nèi)水平位移超過(guò)報(bào)警值

由于水土壓力增大或外部因素變化引起向坑內(nèi)的水平位移超過(guò)報(bào)警值，應(yīng)在角撐預(yù)應(yīng)力施加端，安裝千斤頂，分級(jí)施加預(yù)應(yīng)力，并監(jiān)測(cè)變形，直至變形穩(wěn)定。

2.魚(yú)腹梁向坑內(nèi)水平位超過(guò)報(bào)警值

把備用鋼絞線和已加預(yù)應(yīng)力的鋼絞線，再進(jìn)行張拉施加預(yù)應(yīng)力，可以達(dá)到控制魚(yú)腹梁的變形;備用鋼絞線數(shù)量不小于總數(shù)量的10%，且符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)，變形穩(wěn)定即可停止增加預(yù)應(yīng)力。

3.圍檁軸向應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)報(bào)警值

當(dāng)圍檁承受壓力過(guò)大時(shí)，在受壓段增加肋板，增加受壓圍檁的型鋼橫斷面積，或在受壓段型鋼圍檁內(nèi)，灌入速凝、微膨脹混凝土，20分鐘產(chǎn)生強(qiáng)度，提高圍檁承載應(yīng)力。

五、結(jié)論

裝配式預(yù)應(yīng)力組合鋼支撐在該項(xiàng)目深基坑工程的應(yīng)用，將預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁、預(yù)應(yīng)力型鋼支撐、混凝土支撐、鉆孔灌注樁、土釘墻、擋土墻多種支撐方式組合在一體，形成超大跨復(fù)雜支撐體系，既保證了基坑安全，又不影響土方及地下結(jié)構(gòu)施工，為類(lèi)似超大跨度復(fù)雜工程深基坑工程起到借鑒和指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑地基處理規(guī)范.JGJ79—2012.

作者簡(jiǎn)介：劉宇（1983-），男，漢族，陜西西安人，西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，建筑工程，本科，工程師。