深基坑预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工及经济效益分析

杨士珏,宣梦铨，孙占利，斯烨煜

(浙江八达建设集团有限公司,浙江 绍兴 312000)

深基坑预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工及经济效益分析

杨士珏,宣梦铨，孙占利，斯烨煜

(浙江八达建设集团有限公司,浙江 绍兴 312000)

以南通政务中心北侧停车综合楼深基坑为例,详细阐明了该深基坑及其周边的工况,剖析了在该基坑工况下基坑支护的选型方式——预应力鱼腹梁工具式组合内支撑支护技术,对“预应力鱼腹梁工具式组合内支撑支护”从施工工艺流程及注意事项、经济效益比选及分析等方面进行了详细的阐述,点明预应力鱼腹梁工具式组合内支撑支护技术有着良好的应用前景,有利于我国深基坑支护技术实现建筑工业化、装配化施工的转型升级。

深基坑；工具式组合内支撑；预应力；鱼腹梁

1 工程概况

本停车综合楼项目位于南通市政务中心北侧地块,目前为地面停车场。该地块拟建1栋16层总高度为60.3 m的停车综合楼：地下两层汽车库,地上1层为大厅、厨房、餐厅,2～7层为汽车库,8层西侧为会议中心,东侧为汽车库,9～16层为业务用房。

本项目占地面积3 454.66 m2,总建筑面积为49 593.01 m2,地下建筑面积7 521.22 m2,地上建筑面积4 2071.79 m2。其中车库建筑面积23 443.84 m2,厨房和餐厅建筑面积3 175.74 m2,会议中心建筑面积1 167.84 m2,业务用房建筑面积14 284.37 m2。

本工程地下为2层地下室结构,单层地下室施工面积为3 760.61 m2,本工程±0.000 m相当于绝对标高为+4.470 m。场地自然地面绝对标高取+4.250 m,对应的相对标高为 -0.22 m,地下室底板垫层底标高为-10.00 m,大面积底板开挖深度约9.78 m。

2 施工重点、难点分析及基坑支撑体系选型

本项目位于政务中心北侧停车场地块,现场施工用地非常紧张,“建筑物(地下室)外边线”距离本项目“用电红线”仅5～6 m 距离；而且本工程位于市中心,周边道路管线复杂,人流量和车流量较大； 再者,本项目南侧为南通市政务中心办公楼,办公楼与基坑边线相隔一条6 m宽的道路,施工中必须尽可能减少对政务中心工作人员办公的影响。基坑平面施工布置图见图1。

综上所述,本项目基坑开挖基本无放坡开挖的可能,基坑支护只有采用内支撑的支护形式。传统的内支撑支护形式有两种：现浇钢筋混凝土内支撑和钢管支撑。现浇钢筋混凝土内支撑虽然变形小、刚度大,能很好地控制地下室施工和基础施工以及周边邻近建筑物、 道路和地下管线等公共设施的安全等问题,但由于这种支撑形式在拆除时,噪音大,对环境有害(影响南侧政务中心工作人员办公)；而且这种支撑形式不易于材料的回收,造价较高。而另外一种支护形式钢管内支撑虽说自重轻,利于施工,造价低,可回收利用,保护环境,但钢管内支撑刚度小,易失稳,需要竖向水平支撑。

图1 基坑平面施工布置图

鉴于此,针对本项目基坑的实际情况,一种“深基坑预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工技术”很好地解决了上述困难。该“深基坑预应力鱼腹梁工具式组合内支撑体系”是由标准件、辅助件和非标准件,经螺栓联结,装配而成的基坑支护体系。通过对装配式鱼腹梁下弦钢绞线、对撑和角撑构件施加预应力,张紧的钢绞线在鱼腹梁支撑杆上产生较大的反作用力,从而形成了具有较大抗弯刚度的大跨度围檩结构,大大减少了作用于鱼腹梁围檩上的弯矩。将预应力鱼腹梁通过专用节点与施加预应力的对撑和角撑组合,形成完整的预应力支撑系统,抵抗作用于围檩上的弯矩,控制弯曲变形；最关键的是,支撑系统上预加的预应力使围护结构产生向坑外的超前位移,挤压坑外土体产生被动土压力,基坑开挖过程中,土压力由被动土压力逐渐向主动土压力转化,在一定程度上抵消了一部分的土压力和位移,从而实现对位移的有效控制[1-2]；更重要的是,该支撑体系施工无噪音,可重复装配、拆卸和循环使用,成本低廉,符合国家节能减排的产业化政策,因此，该技术无疑是典型的绿色施工技术。

具体地说,针对本工程的基坑采用围护桩+一道预应力鱼腹梁工具式组合内支撑,围护桩为SMW工法桩(Φ850@1 200三轴水泥搅拌桩,“隔一插二”H700×300×13×24),基坑设计剖面图、断面图及预应力鱼腹梁支撑系统平面图见图2～4。

3 施工工艺流程及注意事项

3.1 施工工艺流程

预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工工艺流程图见图5。

3.2 施工注意事项

1) 施工前应编制安装计划和构(配)件供应计划。

2) 配合土方施工,同步进行焊接、布置牛腿；开槽后安装托座件及支撑梁固定。

图2 典型剖面图

图3 A-A断面图

3)方钢管混凝土立柱施工采用锚桩机引孔、60 kW振动锤送桩的方法(图6),坑底引孔部分喷入水泥浆(水泥掺量25%)；送桩时配置1台S3水准仪,在送桩杆上预先划好标记以控制桩顶标高。

4)牛腿(托架)与围护结构既有钢件对接过程中,须有测量技术员全程对牛腿的垂直度、标高、水平度等进行监控。焊好的钢牛腿须保证三处连接部位牢固可靠,有足够的稳定性,不得出现歪扭、虚焊现象(图7)。

5) 围檩安装应遵循“先长后短,减少接头数”的原则,优先使用较长围檩,特别是标准节的构件,以减少接头数;围檩施工质量验收坚持“过程验收为主,完工验收为辅”的原则(图8)。

图4 预应力鱼腹梁支撑系统平面示意图

图5 预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工工艺流程图

图6 方钢管混凝土立柱施工

图7 牛腿(托架)与SMW工法桩中H型钢翼缘焊接施工

图8 型钢与冠梁组合围檩施工

图9 托座件安装施工

6)托座件的安装务必控制其水平标高,通过角撑、对撑、鱼腹梁的定位标高反推其顶面水平标高;托座件的安装要求严格控制垂直度,即使立柱桩发生偏位,托座务必要通过加垫钢板达到垂直要求(图9)。

7)角撑安装:角撑与围檩之间有夹角,不宜直接安装并施加预应力；每道角撑安装前应先在地面进行预拼接,并检查预拼后支撑的顺直度,经检查合格后按部位进行整体吊装就位(图10)。

图10 角撑安装施工

图11 鱼腹梁安装施工

8)鱼腹梁安装

①鱼腹梁安装应按照设计跨度在地面进行预拼,螺栓紧固务必达到设计及规范要求(图11)。

②安装用千斤顶、油表必须进行定期标定,并做好记录。预应力筋下料时采用砂轮机切断,不得使用氧气、乙炔切割和电焊切断,以免烧伤预应力筋。钢绞线张拉应力值符合设计要求,张拉伸长率无异常。

③鱼腹梁预拼完成后整体起吊摆放在支撑牛腿上,支撑起吊后两端由人工牵引,确保支撑整体稳定。

④钢绞线实施张拉时,应使张拉千斤顶的作用线与钢绞线的轴线重合一致。

⑤钢绞线张拉应按顺序逐根进行,考虑因钢绞线之间摩阻力的影响,每层分别分三次张拉。

9)连接工艺

①构件中心的位置调整完毕后,即可安装高强螺栓。扭剪型高强螺栓垫圈应安装在螺母一侧,并注意螺母和垫圈的安装方向,不得装反。

②遇有高强螺栓不能自由投入孔内时,不得强行打入,应先用铰刀进行扩孔或修孔后,再穿入,但修孔后,孔径不得大于原孔径2 mm。

③安装时先在安装临时螺栓余下的螺孔中投满高强螺栓,并用扳手紧固后,再将临时普通螺栓逐一以高强螺栓替换,并用扳手拧紧。

④螺栓孔眼不对,不得任意用气割扩孔或改为焊接。

⑤高强螺栓的紧固,应分两次拧紧：第一次为初拧,第二次紧固为终拧。应紧固到标准拉力偏差不大于±10%。

⑥每组拧紧顺序：应从节点中心部位开始逐步向边缘(两端)施拧；整体结构的不同连接位置或同节点的不同位置,有两个连接构件时,应先紧主要构件,后紧次要构件。

10)变形监测

工具式支撑系统的变形监测一般与基坑监测同步进行,监测内容有整体相对水平位移、构件轴力变化(图12)。

图12 监测点设置

①整体相对水平位移监测：监测点位置一般设置在与钢围檩平行的正上方,固定后拉钢线且设置铝质发射板,数量根据工程大小确定。监测频率正常情况下2～3次/d,异常情况下4～6次/d。

②构件轴力监测：采用弦式反力计或应变片直接布置于装配式钢支撑构件主要受力点,通过传导电缆线将变形应力进行集成,监测频率正常情况下1～2次/d,异常情况下3～6次/d。

③专业人员分析监测结果,并及时通报各方。

11)预应力鱼腹梁工具式组合内支撑的拆除

①支撑拆除前必须对拆除区域的预应力进行释放,其单次预应力释放顺序：鱼腹梁→角撑对拆除区域的预应力释放遵循分级循环释放的原则,采用3轮进行预应力释放,见图13。

②工具式组合内支撑拆除前,应先进行可靠的换撑工作(局部斜换撑施工结束),结合南通政务中心北侧停车综合楼深基坑围护工程地下主体结构施工考虑,支撑拆除区域内预应力采用分级卸载方式,并且安全卸载后,需观察4～5 h基坑变形情况,等稳定后再吊运钢构件,以保证基坑的安全稳定(图14)。

图13 预应力释放图

图14 预应力鱼腹梁拆除前、卸荷后

③预应力鱼腹梁工具式钢支撑的拆除顺利一般按安装的逆序进行(监测→释放钢绞线预应力→拆除角撑及鱼腹梁→拆除钢围檩及支撑梁→拆除牛腿及方钢管混凝土立柱),且严格遵守设计要求(图15)。

④支撑拆除前现场施工队须做好应急准备(应急物资、设备须到场),同时做好变形监测等工作。

⑤拆撑前还须划分坑周保护区,滑裂面3.0 m范围以内为重点保护区,拆除过程中严禁过量堆载(通常情况下堆载不宜大于20 kN/m2)。

⑥鱼腹梁拆除时若现场条件允许,可以整体卸除预应力后直接吊装至地面进行分解；若不具备整体移吊条件,应根据现场环境,拆除钢绞线后,先拆分后吊运钢构件。

⑦支撑体系的预应力释放之后,开始拆除支撑连接处的下部螺栓,上部螺栓只须拧松即可。

⑧钢支撑拆除后应进行整理,凡构件变形超过规定要求或局部残缺的应进行校正修补。支撑应分层堆放整齐,高度一般不超过4层,底层钢支撑下面应安设好垫木。

图15 预应力鱼腹梁拆除施工

4 经济效益比选及分析

本工程采用预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术方案比传统钢筋混凝土内支撑技术方案在环保、施工便利、施工成本、施工安全等方面有着明显的优势。见表2。

表2 预应力鱼腹梁工具式组合内支撑与传统钢筋混凝土内支撑的比较

5 结 语

通过对该项目深基坑预应力鱼腹梁工具式组合内支撑装配式施工工艺流程的系统介绍，并就预应力鱼腹梁工具式组合内支撑和传统钢筋混凝土内支撑从七大方面进行比较，阐明相对于传统钢筋混凝土内支撑， 预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术具有安全可靠、变形动态控制、缩短工期、施工便利、节省造价、环保节能等一系列优点,符合国家建筑工业化政策导向，是典型的绿色施工技术，其有着良好的发展和应用前景,并有利于我国深基坑支护技术实现建筑工业化、装配化施工的转型升级。

[1] 黄茂松,王卫东,郑刚.软土地下工程与深基坑研究进展[J].土木工程学报,2012(6):146-161．

[2] 刘发前,卢永成.装配式预应力鱼腹梁内支撑系统的利与弊[J].城市道桥与防洪,2013(7):117-125．

Support Construction in the Prestress Abdominal Beam Tule-Type Group of Deep Foundation Pit

YANGShijue,XUANMengquan，SUNZhanli，SIYeyu

2016-09-14

杨士珏(1979—),男，湖北孝感人，高级工程师，从事工程技术管理工作。

TU470+.2

B

1008-3707(2017)01-0042-08