146 m長雙段雙層雙拼鋼支撐應用與研究

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業化已成為國家經濟的發展戰略之一。裝配式基坑支護體系是裝配式建筑的重要組成部分，是國家產業政策優先扶持的領域。按材料類別分，基坑內支撐主要分為混凝土支撐和鋼支撐。現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非常大，拆除過程中產生噪音、粉塵及大量廢棄物。鋼支撐可周轉循環利用，綠色環保，可作為混凝土支撐的替代。本文結合南京國際博覽中心三期工程鋼支撐施工,從技術特點、施工工藝和監測分析等方面進行闡述。

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的格構式立柱上。鋼支撐剖面見圖1。

圖1 鋼支撐剖面

2 鋼支撐技術特點

（1）簡單高效，省時省力。H型鋼鋼支撐均為工廠加工的標準件，滿足各種支撐要求，現場拼裝簡便且無需養護，安裝完成后即可進行下道工序施工，極易推廣。

（2）質量可靠，技術領先。H型鋼鋼支撐現場無需焊接，使用高強螺栓連接，質量隱患小；自身承載力標準化也可有效降低施工安全隱患，并能在施工過程中根據進度靈活調整。

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

（4）綠色環保，節能減排。H型鋼鋼支撐為可回收周轉性材料，與傳統混凝土支撐相比，減少了不可回收資源的投入和建筑垃圾的產生，符合國家節能減排、發展裝配式結構政策。

3 鋼支撐安裝方法

3.1 工藝流程

施工準備→測量放線→鋼圍檁拼裝→鋼支撐拼裝→千斤頂安裝→頂端空隙細石混凝土填充→預加預應力→復緊連接螺栓→檢查及軸力附加。

3.2 操作要點

3.2.1 測量放線

測量放線包括軸線和標高。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。實測結果和設計尺寸比較，確定鋼支撐的安裝長度，預先對拼裝構件進行調整。標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柱上的焊接標高。

3.2.2 鋼圍檁安裝

當土建施工混凝土圈梁至鋼結構施工區域時，安裝鋼圍檁兩端預埋件。安裝鋼圍檁前設置下部支撐牛腿。支撐牛腿與混凝土結構（砼支撐和圍護結構）可采用化學錨栓連接。隨后采用塔吊安裝鋼圍檁，鋼圍檁安裝完成后，背側采用C20細石混凝土填實，保證與混凝土結構無縫隙。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的格構立柱相連。所有鋼系桿安裝完成后安裝鋼支撐。鋼系桿安裝完成，上表面在一個平面內，安裝誤差控制在設計位置±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焊接限位角鋼，限制支撐的左右移動。

（3）每節段鋼支撐長度為6 m，安裝前在地面將每2節段鋼支撐拼成1整節吊裝。依次把預拼裝好的鋼支撐從圍檁一側向混凝土支撐一側安裝在系桿上。每段鋼支撐安裝時，要與下部支座形成穩定結構。鋼支撐節段之間、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。縫隙處通過千斤頂的調節進行消除。

（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2根H型鋼支撐連接在一起增加整體剛度和穩定性。連桿采用蓋板和高強螺栓與鋼支撐連接，連接強度高、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個絲牙。③待支撐安裝完成后，用水準儀復核整體安裝的平整度，確保預加力施加前，安裝誤差控制在設計范圍內。預加力施加后檢查螺栓的松動，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束后，在系桿上的鋼支撐另一側焊接限位角鋼，限制鋼支撐的左右移動。②安裝控制鋼支撐上下移動的控位角鋼，把限位裝置、系桿和鋼支撐連接起來形成約束節點。③施加預加力前，上下控位角鋼不能擰緊，以防預加力損失在約束節點，待加載完成后再擰緊。

3.2.4 預加預應力

本工程鋼支撐體系共設置24個千斤頂，均在靠近中部混凝土支撐帶設置。每道鋼支撐施加800 kN預加軸力,分三級施加，第一級施加40%，每道支撐最后一節安裝完成后直接施加。所有鋼支撐安裝完成后，預應力進行第二級施加30%，最后第三級施加30%。千斤頂預應力應同步施加，鋼支撐預加軸力施加前，作為鋼支撐后靠的砼支撐需達到設計強度。鋼支撐預應力施加完成之后，對連接螺栓全數進行復緊。

3.2.5 鋼支撐自動伺服系統

傳統預加軸力系統是在支撐與鋼圍檁連接處采用活絡頭加臨時千斤頂裝置，預加軸力時采用臨時千斤頂預加軸力，當達到設計要求后在活絡頭中打入鋼楔，然后千斤頂卸載、拆除。這就造成所有預加力最終由鋼楔承擔，而鋼楔剛度小、變形大，易造成預加軸力損失大，基坑變形大。

本工程鋼支撐采用的預加軸力系統，千斤頂永久設置于鋼支撐上，無千斤頂卸載工況。采用千斤頂自動伺服系統，自動進行軸力補償，預加軸力損失量較小，基坑變形小。

3.2.6 千斤頂行程驗算

千斤頂行程由三部分控制：支撐壓縮量、支撐接頭間隙、圍檁與圍護間隙。支撐壓縮量為20 mm。每個支撐接頭間隙約3 mm，支撐每節約6 m，73m間隙約40 mm。圍檁與圍護間隙5 mm。單個千斤頂行程150 mm。經計算73 m支撐三部分之和為65 mm，應預留50 mm余量，單根支撐僅需設置一個千斤頂。

4 鋼支撐監測分析

應力水平可直接反映鋼支撐體系的穩定性和安全性，對于應力水平較高的鋼支撐體系，無線實時監測系統可保證基坑安全，一旦變形超過允許值系統就會自動報警。通過整合現有的基坑全自動監測技術，建立深基坑鋼支撐軸力無線實時監測體系。

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

圖3 基坑軸力監測數值變化

混凝土支撐區域基坑位移如圖4，鋼支撐區域基坑位移如圖5，混凝土支撐范圍內測斜最大達到20.5 mm,鋼支撐范圍內測斜最大達到15.2 mm。可見鋼支撐區域比混凝土支撐區域基坑位移小。

圖4 混凝土支撐區域基坑位移

圖5 鋼支撐區域基坑位移

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

圖6 基坑北側樁頂位移

圖7 基坑南側樁頂位移

5 結語

傳統的基坑內支撐采用混凝土支撐，混凝土支撐的施工需支模、綁扎鋼筋、混凝土澆筑和養護等。新型鋼支撐的施工采用裝配式型鋼，整體結構全部使用螺栓連接。經濟效益主要體現在以下幾點：

（1）工期短，利于結構成品保護。鋼支撐的安裝速度快，施工方便。混凝土施工需要養護時間，尤其在冬季施工，養護時間更久，鋼支撐施加預加力后可迅速形成支撐剛度。鋼支撐拆除速度快，拆除后直接調走，利于結構成品保護，混凝土支撐破碎速度慢而且需清理垃圾，節約拆除時間。

（2）周轉使用，降低成本。

混凝土支撐一次性使用和拆除，材料浪費，產生大量廢棄物。鋼支撐周轉重復使用，使用次數多，成本降低。