狹長地形深基坑中心島式鋼支撐施工技術

曾 暉 劉青青 蒙立強 白東方 鄒三兵

廣西建工集團第四建筑工程有限責任公司 廣西 桂林 541004

目前大多數房屋建筑工程深基坑的基坑支護，一般采用傳統的支護樁＋鋼筋混凝土內支撐、支護樁＋預應力錨索、支護樁＋錨桿、支護樁＋H型鋼等方式。針對這些支護方式，需面臨如下問題：施工作業場地大，基坑外建筑物距離基坑上邊緣要有一定的安全距離，錨索、錨桿施工不能撓動基坑外建筑物基礎，鋼筋混凝土支撐后期拆除要考慮有場地且符合國家綠色施工要求，基坑支護施工時間較長導致其外露時間長等，既增加了施工難度及施工期間基坑不安全因素，又增加了施工成本和工期。本文以廣西建工集團桂林培訓基地工程為例，針對地處城市繁華道路狹長地形下的深基坑，周邊地形特殊，基坑靠近20世紀90年代建的舊住宅小區房屋（片石條形基礎受力性能差），采用了中心島式鋼支撐施工技術，充分利用狹長地形的特點及新建建筑物的主體結構強度，將基坑邊荷載迅速擴散，同時較好地改善了傳統支護方法的不足之處[1-5]。

1 工程概況

廣西建工集團桂林培訓基地工程由1#樓、2#樓、裙樓及2層地下室組成，位于桂林市高新開發區，地處居民住宅小區與城市繁華道路中間。該建筑物地下室頂板面與旁邊居民住宅小區±0 m地面最大高差相差約5 m，且靠近其住宅小區基坑深度平均14.7 m左右。針對基坑周邊的環境特征，結合地層情況，1#樓北側基坑采用雙排樁＋鋼管支撐進行支護設計，基坑支護平面布置如圖1所示，前、后排樁的相關參數為φ1 200 mm@2 000 mm，長度分別為117、128 m，前排樁入基巖，后排樁不入基巖，后排樁離住宅建筑物最近距離為2.2 m，樁頂設1.2 m×1.0 m冠梁，混凝土強度等級均為C30，鋼管支撐采用Q235B圓鋼管，外徑609 mm，壁厚16 mm，沿基坑豎向設置1道，共27根，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區段同步安裝，鋼管兩端分別與支護樁冠梁、主體結構梁柱節點連接。

圖1 基坑支護平面布置示意

2 工藝原理

3 施工操作工藝

3.1 工藝流程

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

3.2 操作方法

3.2.1 施工準備

熟悉設計圖紙、相關技術規范和驗標要求，做好鋼支撐堆放場地與運輸便道的規劃及圖紙會審工作，準備就位施工吊裝機械設備，在現場分類配套鋼支撐構件，檢查各設備、高強度螺栓、工具等材料是否完好無損。

3.2.2 測量放線

根據施工圖、圖紙會審記錄，找出冠梁和主體結構需要支撐部位的預埋鋼板，采用全站儀、塔尺、鋼卷尺等測量儀器對鋼支撐端頭預埋鋼板上的鋼牛腿、托架、鋼楔塊安裝進行精準定位，并在支護樁冠梁、主體結構梁柱節點處預埋鋼板鋼支撐的端頭的相應位置焊接固定，同時用紅漆標出其配套編號。

3.2.3 圍護結構表面清平

王老師：一線教師寫出來的論文，和你們的理論研究文章真的沒法比，我們的文章普遍質量較差，缺乏理論深度，而且很多教師都是被逼無奈，被迫去寫文章、發文章的，怎么可能寫出高質量的論文來。

在鋼牛腿、鋼楔塊安裝之前，圍護結構（冠梁、主體結構梁柱節點）處表面混凝土應鑿平，并及時清理干凈，確保其平整度好，以滿足后期鋼支撐安裝后待施加預應力時其軸心受壓的要求。

3.2.4 操作平臺支架搭設

操作平臺支撐架體采用扣件式鋼管腳手架，施工操作平臺采用竹跳板鋪設，經PKPM軟件計算合理，架體底部采用細石混凝土硬化，加固鋼管立桿為φ48 mm×3.0 mm，主龍骨為φ48 mm×3.0 mm，立桿間距1 000 mm×1 000 mm，水平桿步距1.5 m，縱橫豎向剪刀撐、水平剪刀撐間距≤4 m，鄰近主樓側與結構柱抱柱，臨邊采用鋼管架搭設封閉式圍擋。

3.2.5 鋼支撐吊運、安裝

1）鋼支撐立柱吊運、安裝。根據設計圖紙要求，在現場加工場采用12.6#槽鋼組裝焊接成固定卡扣，采用高強螺栓法蘭連接分節、分段固定φ609 mm×16 mm鋼管，利用220 t汽車吊將分段固定好的鋼管吊裝到預定位置形成支撐立柱（為保證安全，應在吊裝前進行試吊），鋼支撐及其立柱由標準節、固定段、活絡端組成。

2）鋼支撐縱、橫向吊運安裝。按照設計圖紙施工，縱向鋼支撐采用分節制作的方法，節與節之間通過高強螺栓法蘭連接，鋼支撐的一端設預加軸力裝置。按標準段寬度組拼成一端固定、一端活動的鋼支撐，其長度根據斷面寬度暫定，在安裝前應先進行拼裝，確保兩端支點中心線偏差小于20 mm，安裝完后，中心線總偏差應小于30 mm。使用汽車吊先吊縱向鋼支撐，一段一段地施工，同時將端部的鋼支撐放在托架上，將靠近鋼支撐立柱的中間部位的鋼支撐放在其立柱頂部活絡頭上，并用儀器放線，同時用50 mm×100 mm方木條提前調整相鄰2段鋼支撐中心線的距離，待相鄰2段鋼支撐中心線基本在同一位置時，采用高強螺栓微調，最終確保整條鋼支撐中心線誤差在合理范圍內，最后沿鋼支撐橫向方向依次吊運安裝。

3）鋼支撐附屬構件安裝、施工。對于基坑、建筑物轉角及變截面處支撐端部，一端設置為斜撐，其余端部均設置直撐。對于直撐端部，在其已預埋鋼墊板的托架上安裝活絡頭，采用固定端旋轉法使其活動端較寬位置支撐于鋼墊板上，其活絡頭與支撐鋼墊板接觸面間空隙用C40及以上等級的細石混凝土填實。針對斜撐端部，按照設計圖紙操作，安裝前先將鋼墊箱與預埋在圍護結構的鋼板進行焊接，將斜撐支座連成整體，并將斜撐鋼管擱置于鋼墊箱的牛腿鋼板上進行支撐安裝作業，其安裝方法與直撐端部相同。

為保證縱、橫向方向的整體穩定性及鋼支撐施工作業的安全，將其相鄰的中間立柱，采用橫向剪刀撐式連系鋼梁進行連接，即利用汽車吊，采用12.6#槽鋼焊接交叉固定鋼支撐立柱，同時將已經焊接組裝好的固定卡扣吊運到鋼支撐立柱頂部的活絡頭上，根據中心島式鋼支撐的標高及時調節活絡頭長度，并往其塞入鋼楔塊鎖定，焊接好固定卡扣，確保中心島式鋼支撐部分質量沿鋼支撐立柱方向往下傳遞，不發生偏移。

同時利用雙層保險思維方式及根據局部約束性條款，在縱向方向斜、直撐端部采用“上掛下托”防脫落措施。上掛防脫落裝置由卡扣、鋼絲繩組成，一端通過膨脹螺栓與圍護結構地下連續墻連接，另一端固定在鋼支撐上，每根鋼支撐兩端各設置2個防脫落裝置。下托防脫落裝置由2塊三角鋼板組成，分別焊接在預埋鋼板上。根據測量放線的油漆標注的位置及時復查是否正確，并在相應位置由有特種作業資格證的焊工進行焊接，及時檢查焊縫質量及托架位置。

3.2.6 施加支撐預應力

1）將2臺200 t液壓千斤頂放入活絡頭頂壓位置，在活動端施加支撐預應力。為方便施工并保證千斤頂頂伸力一致，千斤頂采用專用托架固定成一整體，將其放在活絡頭上，接通油管后即可開泵施加預應力；預應力施加到位后，在活絡頭中楔緊鋼墊塊，并燒焊牢固，然后回油松開千斤頂，完成對該根支撐的第1次預應力施加。

2）千斤頂施加預應力時，對預應力值做好記錄備查，預應力施加按設計要求進行。千斤頂本身必須附有壓力表，使用前需進行標定，2臺千斤頂必須同步施加頂力，端頭、千斤頂各軸線要在同一平面上。軸力計應安裝在活絡頭一端，施工前根據標定的壓力表和千斤頂線性方程，推算出壓力表實際讀數。根據設計要求，本工程推算出的實際預加軸力為510 kN，折算壓強值為16.5 MPa。

3.2.7 監測

1）軸力監測。施加預應力前，沿著支護樁冠梁長度方向采取“隔二布一”的方式放置9個軸力計（共27根鋼支撐），同時要把軸力計的電纜線引到日后方便測量的位置，測試其初始頻率，檢查是否能正常工作，待施加預應力之后，應檢查軸力計所顯示的軸力是否與加載的預應力一致。在土方開挖、地下室施工期間，應對鋼支撐軸力計進行監測，確保量測頻率、量測精度滿足如表1所示的鋼支撐軸力監測項目控制要求。

表1 鋼支撐軸力監測項目控制要求

2）基坑支護及周邊建筑物監測。在土方開挖、地下室施工期間，為確保鄰近住宅小區的建筑物的安全，根據最不利荷載位置原則，特選離基坑最近建筑物的一處J14、后排基坑支護樁冠梁上一處Z4進行分析，其后排基坑支護樁冠梁Z4的垂直支護方向水平位移及周邊建筑物J14的沉降數據如表2所示。

表2 Z4垂直支護方向水平位移、J14沉降數據

經數據分析，后排基坑支護樁冠梁Z4垂直支護方向水平位移及周邊建筑物J14沉降量變幅幅度符合基坑支護設計圖紙及相關規范資料的要求，表明在中心島式鋼支撐方式下，附近住宅小區建筑、地面及周邊道路的變形均在可控范圍且處于穩定狀態。其地下室底板、頂板施工時，中心島式鋼支撐完成情況如圖3、圖4所示。

圖3 地下室底板施工時中心島式鋼支撐完成

3.2.8 鋼支撐拆除

1）鋼支撐拆除順序：待地下室頂板施工完成，回填結構達到設計強度的80%后，拆除鋼支撐，施工頂板全外包防水層，繼續回填覆土并施工室外工程。

2）鋼支撐的拆除施工工藝：解除防脫落裝置→支撐起吊收緊→千斤頂卸載預應力→拆去鋼楔→汽車吊與叉車配合起吊鋼支撐→卸下分段處法蘭盤高強度螺栓→拆開支撐桿體，各部分分節吊出。

3）拆除時用液壓千斤頂在活絡端處進行加壓，施加預應力至設計支撐軸力后，采用鐵錘敲打的方式將鋼楔取出，液壓千斤頂進行減壓，減壓應緩慢進行，同時嚴格觀察支撐和基坑的變化，若沒有異常情況出現，減壓至可取出液壓千斤頂為止。拆除前先檢查支撐安全鋼絲繩牢固情況，安全無松動跡象時方可進行拆除工作，待鋼支撐活絡端拆除后，用氧氣乙炔割除相應包箍及連接焊縫，最后將支撐上部的泥土全部清理干凈后，用吊車繩捆綁住鋼支撐，做兩點吊裝。吊裝時先做試吊，待試吊穩定后拆除鋼支撐兩端安全鋼絲繩，將鋼支撐進行整體吊裝，待吊運至地面后進行拆除。

4 結語

深基坑施工對其周邊環境影響很大，本工程基坑開挖支護中，由于地勢條件特殊——狹長地形，且附近住宅小區建筑物與開挖基坑有著較短的水平距離、較大的垂直高差，如何有效地控制基坑周邊環境的變形是個難題。針對這些問題，在施工過程中采用中心島式鋼支撐，充分利用新建混凝土的強度傳遞分散荷載，實踐證明，與傳統混凝土支撐相比，采用中心島式鋼支撐有以下優點：

1）進度、安全方面：無需等待混凝土養護周期，縮短施工周期，減少基坑支護外露時間，有效降低了附近住宅小區地面變形及護壁滲漏、涌砂等施工風險。

2）環保方面：在安裝和拆除施工過程中，避免了爆破、振動、粉塵的出現，最大限度地減少了對居民的影響，且鋼支撐能夠重復利用，符合國家綠色施工要求。