裝配式張弦梁鋼支撐的應用與分析

李荷英

（廈門安捷建筑工程有限公司，福建 廈門 361000）

為保證地下室結構的施工及基坑周邊環境安全，基坑大面積開挖施工取土前，需進行基坑支護，建筑基坑的支護形式有許多，建筑設計者根據建筑項目的地質條件、基坑深度、基坑尺寸等客觀條件選擇基坑的支護方式。基坑內支撐是眾多基坑支護方式的組成部分之一，基坑內支撐常用的做法有混凝土內支撐、鋼管支撐和裝配式張弦梁鋼支撐。

1 三種基坑內支撐的特點

混凝土內支撐施工方式為現澆鋼筋混凝土，施工工序多、現場施工周期長、混凝土澆搗需多次作業，易導致施工冷縫等質量問題的出現；根據混凝土的強度，需養護25d 以上才能達到設計強度。混凝土內支撐無條件施加預應力，在支護使用期間無法根據現場周邊土壓力的變化調整反力,應對不可抗力能力差。混凝土內支撐現澆混凝土及支撐拆除過程中施工噪音大、揚塵，會產生大量無法回收重復利用的建筑垃圾，混凝土內支撐不可避免地對環境產生污染。混凝土內支撐可形成整體內支護，但梁多、間距密，開挖取土空間小。

鋼管支撐施工方式為工廠制作、現場裝配，施工周期較快，但單支桿件多、受力支點多，不能施加預應力，在支護使用期間，無法根據現場周邊土壓力的變化調整反力。可回收重復利用，適用于寬度窄小的基坑，但無法形成整體受力體系，現場桿件多，開挖取土空間小。

裝配式張弦梁鋼支撐施工方式為工廠制作預拼裝、現場裝配，施工周期快，可施加預應力，在支護使用期間，可根據監測設備上的數據，對現場周邊土壓力的變化多次施加應力。可回收重復利用，形成整體受力體系，相較上述兩種內支撐，其開挖取土空間大。裝配式張弦梁鋼支撐施工便攜、安全、節能、經濟、綠色可循環。為進一步分析裝配式張弦梁鋼支撐施工的特點及優勢，現結合具體案例重點分析裝配式張弦梁鋼支撐的應用。

2 工程案例及與其他內支撐的比較

某污水處理廠項目基坑尺寸為長141.5m、寬62m,支護型式采用SMW 工法樁加一道內支 撐，若采用混凝土內支撐，共需43 支立柱，樁徑為0.9m，有效樁長18m，鋼筋混凝土梁工程量約1 302m3，混凝土內支撐施工工期需105d（含拆除），拆除后將產生1 302m3建筑垃圾，還需揚塵處理費用，項目總造價約363 萬元。混凝土內支撐平面布置圖見圖1。

由于此項目為市政污水項目，周邊臨近生活區，為減少施工期間對周邊環境的影響，最終項目實施采用裝配式張弦梁鋼支撐。基坑尺寸不變，仍為長141.5m、寬62m,支護型式同上，設計立柱26 支，比混凝土內支撐減少了17 支，樁徑為0.9m，有效樁長12m，樁長比混凝土內支撐短6m，鋼支撐工程量為650t，施工工期從預埋、安裝、拆除總共21d，比混凝土內支撐節約工期約80d，裝配式張弦梁鋼支撐項目總造價約289 萬元，使用周期約4 個月，現項目已順利完工并拆除回收，受到業主及主管部門的一致好評。裝配式張弦梁鋼支撐平面布置圖見圖2。

圖2 案例裝配式張弦梁鋼支撐體系由張弦梁、桁架對撐、角撐、支架平臺梁、預應力施加裝置等組成。項目實施分4 個階段完成。

2.1 加工階段

圖1 混凝土內支撐平面布置圖

圖2 裝配式張弦梁鋼支撐平面布置圖

根據施工圖進行圖紙深化、排料、采購原材料。原材料由H 型鋼、鋼板、角鋼、圓鋼管等組成，材質為Q355B,原材料進場驗收應進行抽樣送檢，鋼拉桿的桿體采用材質為550MPa 合金鋼，其驗收標準應符合現行《鋼拉桿》（GB/T 20934-2016）的規定。鋼構件加工應在有資質的鋼結構加工廠加工。制作時構件長度誤差控制在±3mm 范圍內，孔間距誤差控制在±2mm 范圍內，孔徑誤差控制在0～2mm范圍內。鋼構件的焊接工藝應根據構件的節點形式、鋼材類型、規格、采用的焊接方法、焊接位置等制定焊接工藝評定方案，擬定焊接工藝評定作業指導書，按規程的規定施焊試件、制取試樣，并由有資質的檢測單位進行原材料檢測。焊接工藝評定應滿足現行《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ 81-2002）要求。鋼構件拼裝焊接經檢測合格后，進行拋丸除銹、油漆涂裝，制作應嚴格按照《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）執行。加工完成后進入堆場進行預拼裝，然后按安裝順序打包發運至工地。

2.2 安裝階段

裝配式張弦梁鋼支撐施工的安裝順序如下：立柱樁施工完成后確定預埋標高進行預埋，在完成冠梁施工、具備場地開挖條件后，根據圖紙放線，定位連接件和支架平臺梁的位置，安裝支架梁。隨后角撐、對撐進場安裝，支撐系統安裝完成后安裝監測設備。然后進行預應力施加，預應力施加完成后，裝配式張弦梁鋼支撐體系進入使用階段。

施工工作面的準備應符合以下規定：根據設計圖紙和定位坐標測量放線，確定基坑的圍護樁位、立柱樁位、混凝土牛腿等主要坐標值，給點放線，并設標樁保護好所放的位置點。開挖施工工作面，底標高控制在設計支撐底標高-0.8m 位置，寬度為張弦梁跨度+放坡寬度。在連接件位置和對撐、角撐位置開槽，寬度為構件尺寸+放坡寬度。托座安裝的要求：位置標高控制在5mm 以內，每個托座與上部支撐橫梁連接處宜布置4 個及以上螺栓。托梁安裝的要求：托座拼裝并檢測合格后，將托梁吊裝到托座的位置，安裝在托座上，用高強螺栓固定在托梁上，一根托梁安裝在兩根托座上，安裝的位置標高誤差控制在5mm 以內，支架構件最大重量1.1t，作業采用16t 汽車吊。桁架對撐、角撐模塊在堆場預先拼裝成段，考慮現場安裝條件及吊裝起重設備作業條件，分段長度≤13m，分段重量≤10.5t。張弦梁安裝的水平度允許誤差為5mm。對撐或角撐兩端安裝后的標高允許誤差為對撐長度的1/600 或20mm。

裝配式張弦梁鋼支撐的連接，均采用大六角高強度螺栓順暢穿入孔內，高強度螺栓應符合國家規范要求，不得強行敲打，穿入方向一致，便于操作。每組螺栓應從節點中心向邊緣擰緊，安裝的螺栓應當天終擰完畢，其外露部分不得少于兩個絲扣，螺栓擰緊程度以終擰扭矩≥660N·m 為合格。高強度螺栓應符合現行國家標準《鋼結構用高強度大六角頭螺栓》（GB/T 1228-2016）、《鋼結構用高強度大六角螺母》（GB/T 1229-2006）、《鋼結構用高強度墊圈》（GB/T 1230-2006）、《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件》（GB/T 1231-2006）規定。

張弦梁、桁架對撐、角撐、支架平臺梁、預應力施加裝置安裝完成后進行預應力施加，千斤頂和測量儀表的規格、性能等應符合現行國家產品標準和設計要求，千斤頂和測量儀表的外觀表面不應出現生銹、裂縫和指針偏離零位等損傷，預應力施加完成后進入使用期。

2.3 使用階段

圖3 預應力施加

裝配式張弦梁鋼支撐系統使用期間，施工方應進行全過程監測，根據監測系統的數據判斷系統安全性，如有預警需實時關注，位移超出設計誤差值應采取二次預應力施加，見圖3。

使用過程中，裝配式張弦梁鋼支撐不允許外力碰撞、在鋼支撐上行走設備或載重、切割、焊接等人為破壞。

2.4 拆除、回收保養階段

在地下室頂板樓板施工完畢并能提供剛度后開始換撐工作，待傳力體施工完成，養護至滿足設計要求后方能拆撐。拆除時要特別注意保證軸力的安全卸載，避免應力突變對圍護結構、主體結構產生負面影響。拆撐時應根據現場條件選用塔吊或汽車吊。鑿除支撐一側的二次灌漿層，釋放鋼支撐內力進行卸載。采用塔吊拆除腹桿、張弦梁等較輕小構件。將主撐綴板螺栓解開，把主撐拆成零散元件，通過塔吊吊運至構件集中區，用16t 吊車裝車運走。解開支架螺栓，通過塔吊把支架構件吊運至構件集中區，用16t 吊車裝車運走。

鋼支撐拆撐后送回堆場保養備用，回收的標準件、輔助件應送回加工車間進行維護養護，對與傳力件連接產生的焊痕、混凝土漿痕和銹跡要打磨清晰，使用標準校正架對H 型構件進行檢測校正。對焊縫進行檢測并修補。局部翹曲變形幅度≤10mm，且長度≤100mm 內，翹曲部位不超過2 處，超過標準的構件不得使用；發生扭曲變形的鋼構件一律不得在工程上使用。檢測完成后進行防腐涂裝，分類堆放，檢驗合格后應出具檢測合格證書。

回收的鋼拉桿應對外觀進行全面檢查，發現鋼拉桿的桿體有刻痕的要返廠檢測合格后再使用，對保護套破裂的應先涂防腐油脂后再包扎，并出具檢測合格證書。

回收的螺栓和螺母應進行除塵、除銹、加油保養；絲牙出現斷殘、磨平以及螺栓、螺母出現裂紋的一律不得重復使用。檢驗合格后應出具檢測合格證書。

3 裝配式張弦梁鋼支撐應用優勢

通過案例比較，裝配式張弦梁鋼支撐可以實現構件工廠標準化制作，加工質量可以得到保證，現場裝配均用高強螺栓進行連接，安裝快捷，尺寸精準。安裝完成后，預應力施加后即可以開挖取土，取土空間大、效率高，相比混凝土內支撐至少可節約30%的工期，它的優點是節能環保、節省工期、施工現場投入少，對周邊環境不會產生揚塵、噪音等污染。

4 裝配式張弦梁鋼支撐的技術特點

裝配式張弦梁鋼支撐使用期間不需要保養，拆除后返回工廠或堆場再根據鋼支撐外觀損壞情況進行防腐保養。鋼支撐在國際上應用廣泛，特別是在用地條件受限的國家及地區，如新加坡、香港等。本文所述裝配式張弦梁鋼支撐是更為新型的內支撐，其創新主要在張弦梁上，張弦梁張拉跨距通常按18～36m 進行布置，可減少用鋼量大的桁架對撐的使用數量，從而節約鋼支撐的總用鋼量，節省施工投入。裝配式張弦梁鋼支撐能施加預應力，并根據現場監測數據進行多次施加調整，支護安全性能高。裝配式張弦梁鋼支撐還有一個特點是全裝配式，安裝及拆除均方便、快捷，節省了大量的人員投入，為安全施工創造了條件。

5 結語

裝配式張弦梁鋼支撐系統是新建筑時代的技術創新，特別適用于大型深基坑的內支撐應用，可以根據基坑深度設置多層內支撐。裝配式安裝拆除便捷、安全、綠色環保、節約造價、監測數據可實現大數據管理應用。裝配式張弦梁鋼支撐用材環保、使用便捷、可實時監測、安全科學值得大力推廣應用。