裝配式預應力組合鋼支撐在超深基坑中的應用

【摘要】裝配式預應力組合鋼支撐具有安全可靠、工期短、可拆卸重復使用、節(jié)省資源等優(yōu)點，在超深基坑中的應用越來越廣泛。本文以陜西某超高層項目深基坑支護施工為例，介紹裝配式預應力組合鋼支撐的結構形式、工藝流程，闡述施工過程中的技術要點、變形監(jiān)測及應急處理，為類似工程起到借鑒和指導作用。

【關鍵詞】裝配式? 預應力? 組合鋼支撐

一、工程概況

陜西某超高層項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3層地下室?；訓|西長174米，南北長173米，開挖深度20.47米，開挖面積27390m2，為一類基坑。

二、裝配式預應力組合鋼支撐的結構組成和特點

本項目深基坑支護工程包括圍護樁、立柱樁、錨索、三道水平支撐及角撐、魚腹梁等。基坑采用三道裝配式預應力組合鋼支撐+砼支撐，均為單層結構。對撐最大跨度為140m，角撐最大跨度為74m，魚腹梁最大跨度為30m。

三、裝配式預應力組合鋼支撐的施工工藝及技術要點

（一）施工工藝流程

施工準備→土方開挖→定位測量→圍護樁、冠梁施工→立柱施工→開槽施工牛腿、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→施加預應力→土方開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→施加預應力→土方開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→施加預應力→土方開挖至基坑標高→混凝土墊層、底板、中層板、側墻施工，達到設計強度→依次拆除回收第三、二、一道支撐及立柱拆除→工程結束。

（二）技術要點

本項目深基坑采用區(qū)段設置三道內支撐，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。所用鋼支撐構件均在工廠進行制作，現(xiàn)場負責安裝、拆除。圍護樁、冠梁、立柱樁、混凝土支撐等混凝土構件均在現(xiàn)場進行制作、安裝、澆筑。

1.護坡樁和冠梁施工

護坡樁采用鉆孔灌注樁，護坡樁承受水平推力，應嚴格控制鋼筋制作和安裝，防止扭轉、彎曲。護坡樁埋深應符合設計要求，混凝土灌注應連續(xù)、緊促，灌注導管要保持一定的活動頻率，提高灌注質量，保證樁身完整性。護坡樁應采用低應變法進行樁身完整性檢測。

冠梁施工前應先破除護坡樁樁頭至設計標高，樁頭浮灰應清理干凈，護坡樁的主筋應錨入冠梁內，且不小于設計要求。冠梁鋼筋應應嚴格按照設計和規(guī)范要求制作、安裝，保證構件有足夠強度。

2.立柱樁施工

基坑內部裝配式預應力組合支撐正下方設置方鋼立柱、H型鋼立柱，根據(jù)本項目地質特點，立柱施工采用旋挖鉆機成孔后先施工立柱下灌注樁，然后插入鋼構柱立柱。立柱施工過程嚴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

牛腿的焊接部位應進行部分灌注樁破樁，再焊接鋼板在主筋上?；铀闹艿匿撆Ｍ葢刂圃谕粋€水平面上，鋼牛腿應保證有三處連接牢固可靠，焊縫滿足設計，有足夠的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)扭曲、脫焊現(xiàn)象;牛腿橫桿長度及水平度滿足使用要求。

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

4.圍檁、角撐、對撐施工

圍檁安裝應遵循“先長后短，減少接頭”，先使用長圍檁，減少圍檁接頭。圍檁按順序隨支撐逐段吊裝架設，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度要求，應用摩擦型高強螺栓連接緊固。

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

角撐、對撐安裝應嚴格控制H型鋼構件接頭中心線和兩端標高，其與圍檁、連接件和預應力裝置之間的夾角須達到設計要求，角撐、對撐整體撓曲度允許值符合設計要求。

5.魚腹梁安裝施工

魚腹梁安裝應按照設計跨度在地面進行拼裝，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，螺栓緊固達到設計及規(guī)范要求。鋼絞線張拉應使張拉作用線與鋼絞線的軸線重合一致，張拉應力值符合設計要求，張拉伸長率無異常，鋼絞線張拉應按順序逐根進行，每層分別分三次張拉。

6.預應力施加壓

預應力施加時，要及時檢查每個接點的連接情況，并做好施加預應力的記錄;在支撐受力后，必須嚴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：對撐→角撐→魚腹梁

支撐加壓應嚴格按設計圖紙上提供的軸力來進行，不允許加載不到位或超載。根據(jù)施工圖紙中每個加壓位置的施加應力值，按照每根型鋼一個千斤頂?shù)脑瓌t計算每個千斤頂?shù)募訅簲?shù)值。

計算公式為：加壓值（P）=施加應力值（F）÷千斤頂截面積（㎡）÷千斤頂個數(shù)

魚腹梁鋼絞線安裝要左右對稱，鋼絞線張拉時要一根一根進行，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，觀測錨頭無位移現(xiàn)象后鎖定。鋼絞線張拉時鋼絞線的伸長率、預應力、張拉機械及特殊情況等要記錄并存檔。

7.裝配式預應力組合鋼支撐的拆除

裝配式預應力鋼支撐拆除前，應先完成可靠的換撐工作。本項目筏板基礎及混凝土傳力帶全部澆筑完成且達到設計強度要求后方可拆除第三道全部支撐，負三、二層頂板及換撐帶混凝土全部澆筑完成且達到設計強度要求后方可拆除第二、一道全部支撐。拆除過程中應遵循：監(jiān)測→釋放鋼絞線預應力→拆除角撐及圍檁→拆除支撐梁→拆除牛腿及型鋼立柱。

對拆除區(qū)域的預應力應遵循30%、60%、100% 3輪分級循環(huán)釋放的原則，先魚腹梁后角撐、對撐。拆除時應避免瞬間預加應力釋放過大而導致結構局部變形、開裂。確保鋼支撐拆除后，圍護結構側向位移控制在設計規(guī)定范圍內。

四、裝配式預應力組合鋼支撐變形監(jiān)測和應急處理

（一）支撐變形監(jiān)測

本項目裝配式預應力組合鋼支撐變形監(jiān)測與基坑監(jiān)測同步進行，監(jiān)測內容有圍護結構深層水平位移、圍護結構頂部位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、立柱的沉降監(jiān)測等。

監(jiān)測頻率應按照設計要求基坑開挖不同階段1-3天/次，應力監(jiān)測1天/次，出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預警值、數(shù)據(jù)變化較快、大量積水連續(xù)降雨、支護結構出現(xiàn)開裂、地面荷載突然增大等突發(fā)情況時，應提高監(jiān)測頻率。

（二）支撐應急處理

1.角撐向坑內水平位移超過報警值

由于水土壓力增大或外部因素變化引起向坑內的水平位移超過報警值，應在角撐預應力施加端，安裝千斤頂，分級施加預應力，并監(jiān)測變形，直至變形穩(wěn)定。

2.魚腹梁向坑內水平位超過報警值

把備用鋼絞線和已加預應力的鋼絞線，再進行張拉施加預應力，可以達到控制魚腹梁的變形;備用鋼絞線數(shù)量不小于總數(shù)量的10%，且符合設計要求，同時加強變形監(jiān)測，變形穩(wěn)定即可停止增加預應力。

3.圍檁軸向應力達到或超過報警值

當圍檁承受壓力過大時，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，灌入速凝、微膨脹混凝土，20分鐘產(chǎn)生強度，提高圍檁承載應力。

五、結論

裝配式預應力組合鋼支撐在該項目深基坑工程的應用，將預應力魚腹梁、預應力型鋼支撐、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，形成超大跨復雜支撐體系，既保證了基坑安全，又不影響土方及地下結構施工，為類似超大跨度復雜工程深基坑工程起到借鑒和指導作用。

參考文獻：

[1]建筑地基處理規(guī)范.JGJ79—2012.

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