裝配式型鋼支撐在水運工程中的應用

許鋒，錢大心

（1.安徽省中興工程監理有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽省港航建設投資集團有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

滁河汊河船閘位于安徽省滁州市來安縣汊河鎮，在拆除原報廢老船閘后原址重建。項目按Ⅳ級標準建設，閘室尺度為200 m×23 m×4 m(長×寬×最小門檻水深)，設計船型為500噸級兼顧1000噸級船舶。工程范圍包括船閘主體、引航道、跨閘橋、魚道、停泊區及生產、生活輔助設施等。

在船閘基坑開挖過程中兩側排樁支護結構發生較大位移，為解決險情，確保深基坑兩岸民房、滁河大堤和施工安全，該工程采用了裝配式型鋼支撐進行支護加固，鋼支撐布置分閘室、上下閘首、下游導航墻3個區域。其中閘室、閘首布置2道鋼支撐，下游導航墻布置1道鋼支撐。基坑東西向呈長條形，長度約425 m，南北向寬度（圍護樁間凈距）約33.8 m～58.6 m，基坑北側是來安縣汊河鎮老街民房，圍護樁距離民房凈距約15.0 m～45.0 m；基坑南側為江蘇省滁河大堤，河堤頂距離圍護樁凈距約15.0 m～50.0 m，河堤外側是南京浦口區民房；基坑東側及西側為滁河河道，施工期間下游設置臨時鋼板樁圍堰、上游土圍堰。本基坑支護設計深度為15.0 m～19.3 m，為臨時性工程。

2 結構組成

裝配式型鋼支撐體系由H型鋼圍檁、H型鋼支撐、H型鋼托梁、連桿、八字撐、液壓千斤頂、牛腿等組成，通過現場裝配、螺栓連接節點的方式進行施工。型鋼圍檁、型鋼支撐、連桿、八字撐采用H400×400×13×21H 型鋼制作，型鋼托梁采用 H300×300×10×15H 型鋼制作，鋼圍檁牛腿采用600 mm180×180×16角鋼制作，立柱牛腿采用500 mm140×140×14角鋼制作，固結采用8.8級22 mm×70 mm 與10.9級 22 mm×80 mm高強螺栓。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

鋼立柱安裝（含樁基）→第一道（頂層）支撐安裝→一層土方開挖→安裝第二道支撐→二層土方開挖→底板施工并養護、墻后回填→拆除第二道鋼支撐→邊墩及墻身施工、墻后回填→拆除第一道支撐。

3.2 現場配置

①支撐材料采用卡車直接運入基坑安裝區域，由吊車將支撐鋼材吊入基坑內。

②采用汽車吊在基坑內進行鋼支撐現場施工吊裝。

③汽車吊需布置在基坑中部的適中空地區域，以方便吊裝作業。

④鋼支撐材料的進場節奏安排根據施工安裝速度隨時調整。

3.3 支撐安裝

①所有鋼支撐材料及相關鋼構件均在工廠預先定制，施工前現場檢驗幾何尺寸和外觀，經監理單位驗收合格后予以使用。

②鋼支撐安裝時，根據現場實際情況采用成品爬梯（采用腳手架搭設）。安裝第一層鋼支撐時，兩側連系梁上搭設支架，支架之間設置安全繩，施工人員施工前佩戴安全帶，施工時將安全帶掛在安全繩上。施工人員施工時自兩側連系梁下至鋼支撐頂部（連系梁頂至鋼支撐頂0.4 m）進行鋼支撐連接螺栓的安裝。安裝第二層鋼支撐時，施工人員在開挖基面進行施工（開挖基面-0.4 m，第二層鋼支撐頂0.6 m，高差1 m）。

③型鋼支撐的安裝遵循先主要構件，后次要構件的原則，按圍檁、立柱、鋼托梁和型鋼支撐的順序進行，盡快形成封閉受力體系并施加預應力。

④在混凝土圈梁上的預埋構件上焊接擱置鋼支撐的托架，同時在基坑中的鋼立柱上測出托架的標高線；在鋼立柱上焊接140×140×14的角鋼作擱置鋼支撐橫梁的托架。

⑤立柱托架角鋼（140×140×14）安裝完成后，根據圖紙長度下料，將橫梁吊放于立柱托架上，確定位置后托架與橫梁間采用角鐵進行限位，防止碰撞掉落。

⑥鋼支撐架設前，先在場內預拼，按設計施工圖的布置間距，在鋼圍檁上定出支撐中心點位，以中心的水平線為基準吊裝鋼支撐，用汽車吊將配置好的鋼支撐型鋼吊放就位。

⑦將擱置就位的型鋼全長貫通，進行拼裝，拼裝完成后直接吊裝安裝，鋼支撐安裝完成后采用角鋼緊固件進行限位連接。

3.4 預應力施加

鋼支撐施加預應力的程序及數值應符合設計及專項施工方案要求。

鋼支撐安裝完成形成封閉體系后，按照設計要求分級施加支撐的預應力，預加軸力分三級進行，第一級在安裝結束達到施加條件直接施加至預加軸力的100%（第一道支撐施加預應力200kN，第二道支撐施加預應力400kN），第二級在第一級施加結束后24h施加，第三級在挖土后24h施加，據此補償損失的軸力。

鋼支撐施加和控制預應力應符合下列要求：

①千斤頂應配備標定可靠、準確的計量監測裝置，自鎖裝置；

②鋼支撐安裝完畢后待與冠梁接觸處填充混凝土達到設計要求時方可施加預應力；

③預應力施加時，千斤頂壓力的合力點應與鋼支撐梁軸線重合，同一組鋼支撐中千斤頂應對稱、等距放置，且應同步施加預應力；

④施加預應力過程中，當出現焊點開裂、螺栓松動、局部彎曲等異常情況時，應立即停止加壓并卸除壓力，待對支撐的薄弱處加固后方可繼續施加預應力；

⑤預應力施加后會出現不同程度的損失，當支撐出現壓力損失時，應再次施加預應力；

⑥高溫或低溫施工期間應根據溫度變化及巡檢情況加強預應力監測，當發現預應力減少或增加后，及時通過千斤頂進行補償以調整預應力。

3.5 實施方案

結合現場實際情況，本項目對閘首、閘室段分兩次施工，鋼支撐材料周轉使用一次。先施工下閘首及相鄰的一半閘室，待所支撐的下閘首及閘室底板完成回填結束后，拆除第二道支撐，隨后開始對上閘首及剩余的一半閘室進行支撐施工。兩次支撐區域結合部位于6#閘室，該位置在第一次支撐區域進行支撐用于放坡。

為便于統籌鋼支撐的周轉，事先對鋼支撐進行編號，鑒于兩層鋼支撐除下游導航墻處不同外，閘首、閘室位置鋼支撐配置、尺寸均相同。從上閘首始至下游導航墻止（第二層至下閘首），鋼支撐以一品作為一個編號，第一層鋼支撐編號為1-1、1-2…1-28，第二層鋼支撐編號2-1、2-2…2-20。

施工時，第一層鋼支撐從1-11向1-26安裝，由于設計要求靠近下游圍堰導航墻最后施工，1-27、1-28鋼支撐留置導航墻施工前最后進行安裝。第二層鋼支撐從2-11向2-20安裝。

根據船閘主體結構物施工順序，合理安排鋼支撐周轉：7#、8#閘室底板施工完成后將 2-12、2-13、2-14拆除后安裝至 1-8、1-9、1-10；9#、10# 閘室底板施工完成后將2-15、21-16、2-17拆除后安裝至 1-5、1-6、1-7，多余的材料留存后用于1-1安裝；下閘首及11#閘室底板施工完成后將2-18、2-19、2-20拆除后安裝至1-2、1-3、1-4。閘室第一層墻身、下閘首廊道施工完成后材料周轉對應關系與上述類同。考慮到上閘首1-1、2-1鋼支撐鋼支撐間距及長度不同，上閘首1-1和2-1鋼支撐另配材料進行支撐安裝。

圖2 維護結構水平位移-時間-安徽側

4 控制要點

①鋼構件外觀應無明顯彎曲變形，翼緣板、端部邊緣平直。翼緣表面和腹板表面不應有明顯的凹凸面、損傷和劃痕，以及焊瘤、油污、泥沙及毛刺等。

②安裝前，鋼支撐應對構件的外形尺寸、螺栓孔位置及直徑、連接件位置、焊縫、摩擦處理、防腐涂層等進行詳細檢查，對構件的變形、缺陷，應在地面進行矯正、修復、替換，合格后方可安裝。

③安裝前應對基坑的定位軸線、基礎、圍檁、立柱軸線和標高進行檢查，并應進行復測，存在交叉作業時，應同其他工種做好交接驗收。

④在安裝過程中，應根據設計和施工工況要求，確保立柱、支撐等結構的穩定性，必要時，應采取臨時支撐或臨時加固措施。

支撐結構安裝允許偏差

⑤夏季施工會產生較大溫度應力，應及時對支撐采取降溫措施；冬季施工會產生冷縮使支撐端頭出現空隙，應及時用鋼板將空隙楔緊或采取其它可靠連接措施。

⑥支撐結構安裝允許偏差不應超過下表的規定。

5 技術優勢

裝配式型鋼支撐相較其他傳統支撐工藝具有以下優點：

①高效快捷、省時省力。所有構件均為工廠模塊化加工的標準件，滿足各種長度及角度要求，現場拼裝簡便且無需養護，安裝后即可進行下道工序施工。

②循環使用、降本增效。裝配式鋼支撐構件體系完備，無需現場切割，使用損耗率極低，可多次重復使用，使用壽命高達20年以上，綜合成本較傳統鋼支撐及混凝土支撐相比優勢巨大。

③安全可靠、技術領先。強節點弱桿件結構安全可靠，采用高強度螺栓連接，較傳統鋼支撐現場焊接及混凝土支撐質量更有保障，配套采用液壓千斤頂及其應力伺服系統可實時動態進行應力補償。

④綠色環保、節能減排。裝配式鋼支撐均為可回收周轉性材料，與傳統混凝土支撐相比，可大量減少不可回收資源的投入和建筑垃圾的產生，改善施工環境，造福子孫后代。

6 結論

裝配式型鋼支撐在水運工程中的應用解決了水運工程施工增設內支撐的難點，為深基坑土方開挖及基礎施工提供了安全保障，解決了工程前期因無內支撐造成開挖的難題，可為今后水運工程船閘及碼頭深基坑開挖增添一種良好的實施手段與技術實踐經驗，同時也為鋼支撐支護的應用開拓了新的領域。