預應力鋼支撐新型活絡端結構特點與施工技術

王社江，范志高

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

1 引言

受當前施工工藝限制，深基坑的開挖必將引起周圍地層的地下水位和應力場的改變，導致周圍地層變形[1，2]。城市中密集的建構筑物、地下各類管線、樁基以及復雜的地質條件等，給基坑工程的施工安全帶來了嚴峻的挑戰(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鍵[3]。目前，基坑施工通常采用內撐體系對基坑進行支護，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 新型保載活絡頭結構

本工程所使用的新型預應力鎖定鋼支撐，其工藝原理是在舊工藝的基礎上增加了螺桿、螺母，對易產(chǎn)生軸力損失的活絡端進行固定，確保活絡端位置不因楔鐵松動而產(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成（見圖1），螺桿外徑為120 mm，絲扣內徑為102.68 mm，長度為650 mm，絲牙長度為470 mm。螺母外徑為190 mm，上部設置10 個φ25 mm 孔，便于螺母擰緊。螺桿設置在外側，按照320 t 油頂選型設計，對活絡頭進行加強處理。整體外形如圖2 所示，便于安裝。

圖1 螺桿、螺母構造圖

3 施工關鍵技術

3.1 施工流程

施工過程中，鋼支撐架設與土方開挖兩工序應緊密結合，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 施工準備

3.2.1 場地布置

據(jù)場地規(guī)劃對鋼支撐、圍檁堆放場地進行硬化處理，以滿足堆放要求，保證鋼支撐的拼裝場地及履帶吊的作業(yè)場地。

3.2.2 機具、材料準備

鋼支撐施工應配備的設備包括吊裝設備、電焊設備、氧氣切割設備、預應力施加設備、手電鉆等，所需材料有鋼圍檁、固定端、鋼支撐、鎖定活絡頭、鋼托架、鋼牛腿、鋼楔子、防墜繩、膨脹螺栓等。施工前，對進場鋼支撐和鋼圍檁材質、外徑及壁厚進行驗收，確定鋼管及法蘭盤的加工尺寸，同時，要進行焊接探傷檢測，焊縫長度、深度檢測，并對高強螺栓、膨脹螺栓進行性能檢驗。

3.2.3 鋼支撐預拼裝

鋼支撐在施工開始前應進行預拼裝，鋼支撐的拼裝可采用履帶吊配合進行，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，同時方便螺栓連接。鋼支撐拼接總長度需以設計要求和現(xiàn)場實際測量凈空結果為準，并預留10~20 cm。

鋼支撐預拼裝完成后，放在堅實、平整的地面上，檢查鋼支撐的平直度，要求其兩端中心連線的偏差度控制在20 mm以內，經(jīng)檢查合格后，對支撐按部位進行編號，標明支撐長度、安裝位置，以免錯用。

3.3 測量放線

鋼支撐施工之前必須做好測量定位工作，包含平面坐標系內軸線控制網(wǎng)的布設和場區(qū)高程控制網(wǎng)的布設兩大方面的工作。測量人員準確放出鋼支撐中心點及高程，將鋼圍檁上下外邊線做好標記，方便確定鋼牛腿位置和在鋼支撐安好后校準位置。

3.4 活絡頭、鋼牛腿、鋼圍檁施工

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

2）實際長度測量。根據(jù)鑿除后的地連墻位置用激光測距儀復測兩側安裝位置間的距離，確定安裝構件的拼裝長度，安裝間隙一般按照10 cm 控制。如果保護層較厚，適當增加安裝間隙便于構件吊裝就位。

3）安裝活絡頭。活絡端采用新型保載活絡頭，根據(jù)拼裝長度選擇合適的活絡頭構件進行組拼，按照對應構件長度控制組拼接頭數(shù)量。組拼時應控制整體構件的直線度和連接部位的緊固可靠，組拼完成后檢查構件拼裝尺寸是否符合要求。

4）安裝鋼牛腿。根據(jù)鋼支撐中心點確定鋼牛腿位置，鋼牛腿采用角鋼焊接而成，將預先加工好的鋼牛腿通過膨脹螺栓將鋼牛腿固定在地連墻或圍護樁結構上。

5）安裝鋼圍檁。用龍門吊或者汽車吊將鋼圍檁吊裝到鋼牛腿上部，人工配合安裝，根據(jù)測量隊畫的噴漆將鋼圍檁準確安放到位，通過膨脹螺栓固定在地連墻或維護結構上。

3.5 斜撐接頭箱安裝

對于盾構井斜撐的安裝方式并不是垂直于圍護結構的，地連墻施工時，必須預埋斜撐連接鋼板。預埋斜撐連接鋼板由φ28 mm 錨固鋼筋與20 mm 厚鋼板穿孔塞焊加工制成，按照設計位置在地墻施工時預埋好，斜撐預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，將斜撐接頭箱與預埋在地連墻的鋼板進行焊接，完成斜撐接頭箱的安裝。

3.6 鋼支撐吊裝

鋼支撐在地面進行整體預拼裝后，采用兩點吊裝送入基坑，吊點位置設在單根鋼支撐長度的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、安全進入基坑，再緩慢調整鋼支撐至鋼托架上。鋼托架采用鋼板內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端尺寸相匹配，保證鋼支撐中心線與鋼圍檁中心線相平齊。

3.7 預應力施加

1）施工前檢查千斤頂裝置，同時，軸力監(jiān)測設備應核對“歸零”，在預應力施加過程中值做好記錄。

2）鋼支撐吊裝到位并臨時固定后，將活絡頭拉出頂住鋼墊箱（端頭設置三角鐵板穩(wěn)定），將2 臺千斤頂放入活絡頭頂壓位置，2 臺千斤頂?shù)陌卜盼恢帽仨殞ΨQ，且與鋼支撐平行，施加預應力時必須保證2 臺千斤頂同步進行。支撐預應力應分二次勻速施加，第一次施加預應力設計值的70%，穩(wěn)定10 min，檢查栓緊螺帽無異常后，再施加預應力至設計值的100%，再次穩(wěn)定10 min 后，檢查無異常，方可按設計規(guī)定值進行鎖定。

3）預應力施加完成后，首先在活絡頭中鍥緊墊塊，燒焊牢固，然后焊接螺桿，擰緊螺母，回油松開千斤頂，解開起吊鋼絲繩，完成該根支撐的安裝。

3.8 鋼支撐拆除

待結構強度達到設計要求時，拆除相應鋼支撐。拆除前應安全卸載支撐預應力，避免應力突變對圍護結構、主體結構產(chǎn)生負面影響，必要時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)適當保留變形較大處的支撐，待結構施作完畢且強度達到設計強度后拆除。

鋼支撐的整體拆除順序為：車站底部混凝土達到設計強度后，拆除最底層鋼支撐；站臺層側墻防水層、側墻及中板混凝土達到設計強度后，拆除中間層鋼支撐；站廳層側墻防水層、側墻及頂板混凝土達到設計強度后，拆除第一層混凝土支撐。

同一層的鋼支撐拆除順序為：從兩邊往中間方向逐根拆除。

單根鋼支撐采用吊車“分級卸載，整體調運”的拆除方式，拆除步驟為：首先，吊車于基坑一側就位，用鋼絲繩吊住鋼支撐，同樣采用兩點起吊法，待鋼絲繩豎向持力后，采用千斤頂對鋼支撐加力壓縮，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 結論

本文介紹了一種新型預應力鋼支撐包載活絡頭結構，并對其安裝關鍵技術和質量控制措施進行了總結：

1）新型預應力鋼支撐包載活絡頭增加了螺栓結構，可有效減少預應力的損失，保護基坑圍護結構及周邊環(huán)境的安全。

2）鋼支撐安裝施工應與土方開挖緊密配合，及時架設鋼支撐并施加預應力，縮短無支撐暴露時間。