预应力组合型钢支撑施工技术

戚肇刚 谢玉成 严宝峰 邱 健

中建八局第三建设有限公司 江苏 南京 210046

1 工程概况

南京溧水市民中心工程（图1）为地下2层、地上8层，建筑最大高度38.40 m，总建筑面积为72 637 m2，其中地上41 705.1 m2，地下30 931.9 m2。地下室主要为车库、设备用房、餐厅等，地上主要由行政服务中心（8层）、城市规划展览馆（4层）、共享服务大厅等3个部分组成。

本工程基坑支护采用竖向围护结构加1道水平预应力组合型钢内支撑体系，根据工程特点及地勘情况，支撑形式采用角撑（图2）。支护桩及立柱桩采用φ800 mm、φ900 mm钻孔灌注桩，围檩采用双拼H型钢组合结构，支撑采用3榀和4榀H型钢组合结构。构件之间均采用高强螺栓进行连接，托座、支撑梁安装在H型钢立柱桩上；组合内支撑及各构件（材质均为Q345B）均采用工厂加工定制的标准件进行现场安装；牛腿采用角钢现场焊接。

图1 工程效果图

图2 型钢支撑效果图

2 施工特点

预应力组合型钢支撑均为工厂生产的标准化模块构件拼装组合而成，施工工艺简单、施工效率高、工期短，各构件之间均采用高强螺栓连接，适应性强（通过调整各构件的拼装尺寸），支撑及各构件可循环利用率高。

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

深化设计→施工准备→测量定位→H型钢立柱桩施工→开挖冠梁及牛腿土方→冠梁施工→焊接牛腿及传力件连接板（与灌注桩主筋焊接）→牛腿安装→安装第1道围檩→焊接传力件→安装第2道围檩→安装托座件及横梁→安装支撑梁→预应力施加→基坑土方开挖→基坑开挖结束→施工浇筑混凝土垫层、底板、侧墙、顶板及混凝土换撑→地下室结构、顶板、侧墙及混凝土换撑强度达到设计强度→拆除组合型钢支撑[1-2]

3.2 立柱桩施工技术要求

本工程立柱桩桩顶标高未至自然地面，安插型钢立柱及控制立柱的标高、垂直度及方向成为施工过程中的难点。通过优化，将立柱桩增长至自然地面以上，在混凝土浇筑完成后插入型钢立柱。由于桩径较小，需防止型钢立柱在下插过程中触碰主筋及箍筋形成阻碍，为此，将型钢立柱底部削尖（图3），以便于插入钢筋笼内部。利用全站仪对立柱桩的标高、位置及方向进行校核，垂直度通过靠尺校核，校核通过自制型钢孔口支架（图4）进行，孔口支架四面固定有机械千斤顶，用以调节型钢立柱的位置、方向以及垂直度。

3.3 冠梁施工技术

由于冠梁标高为－0.30～3.80 m不等，部分型钢围檩位于冠梁侧面，在冠梁合模前可利用该部分围檩直接作为模板。其优点为可防止因先预埋螺栓后安装围檩造成的成品围檩螺栓孔与螺栓不匹配，而需进行后开孔处理，从而对型钢围檩造成破坏。

图3 型钢立柱底部削尖

图4 孔口支架

在此过程中需在围檩和冠梁之间增设1道塑料膜隔离层，防止后期围檩拆除困难，同时，利用废旧短钢筋将螺栓与支护桩主筋电焊焊接，防止在混凝土浇筑过程中围檩发生位移等破坏。

3.4 围檩施工技术

在围檩安装前先进行牛腿焊接（图5），钢牛腿采用角钢制作，与支护桩主筋双面贴焊，焊接前需剥除牛腿位置支护桩混凝土，剥除过程中严禁超剥、多剥。焊接过程中严格控制电流大小，防止在焊接过程中烧伤支护桩主筋；焊接好的牛腿必须严格检查其焊缝质量（必要时需进行探伤检测），确保牛腿具备足够的稳定性及刚度；将牛腿横杆水平标高误差控制在2 mm以内，防止单个牛腿局部受力，牛腿仰角应为90°～95°，不应小于90°。围檩在安装过程中安排测量人员对围檩及牛腿标高进行复核，确保围檩处于同一水平面上。

围檩安装（图6）前根据图纸深化设计合理配置围檩尺寸，遵循“先深化后排布，先长后短少接头”的原则，优先使用较长围檩，根据现场实际情况合理排布。围檩与围檩连接时均采用摩擦型高强螺栓进行连接，高强螺栓紧固分2次施工，严禁一次紧固到位。终拧前围檩必须形成闭合或局部闭合，同时紧固时须严格按照设计值进行紧固，防止扭力过大导致高强螺栓破坏。拼接的整个钢围檩体系务必确保双榀或多榀型钢构件形成统一整体，共同受力。基坑转角处2个方向围檩必须与支护桩或者冠梁贴实，若存在间隙必须采取塞焊钢板等加固措施，保证基坑转角处受力均匀。

图5 牛腿焊接

图6 围檩安装

由于支护桩施工过程中存在一定偏差及间隙，需采用T形传力件将支护与围檩连接形成有效传力体系（图7），T形传力件与支护桩主筋双面贴焊，T形传力件与围檩采用高强螺栓连接，支护桩与围檩之间的空间采用混凝土浇筑密实。T形传力件尺寸及标高需根据围檩及支护桩之间的实际距离进行调整，确保围檩为一条直线，受力均匀。

图7 T形传力件与围檩连接示意

3.5 托座件及横梁施工技术

托座件安装控制的重点有2点：标高控制、垂直度控制。托座件标高误差的大小直接关系到对撑的平整度及标高，根据图纸要求，其误差应控制在20 mm之内。同时托座件安装时必须严格控制其垂直度，防止受力不均。根据设计要求，立柱与托座件连接必须保证使用6个高强螺栓，立柱桩在施工过程中难免存在垂直度偏差的问题，而垂直度偏差会导致托座件与立柱连接螺栓不满足设计要求。若无法满足6个螺栓连接，则该处应焊接角钢等加固立柱与托座件的连接。

横梁施工时要确保横梁与托座件之间的刚性连接（图8），必须保证横梁端部与托座件有4个高强螺栓连接，由于施工过程中立柱角度存在偏差，故会导致横梁与托座件的有效连接螺栓不足，此时需通过增加托座件的尺寸或增加焊接角钢等措施加固托座件与横梁的连接。横梁与托座件的有效连接不仅能保证整个支撑体系的刚度，还能提高支撑的稳定性。

图8 托座件与横梁安装示意

3.6 支撑施工及预应力技术

支撑安装前应根据深化图纸在地面进行预拼，拼接的支撑中心线误差要控制在设计范围内，不得超过2 mm，同时支撑的标高误差不得大于20 mm，并需控制支撑整体的挠曲度，在必要时，需进行横梁的增设以减少支撑的挠曲度。支撑拼装过程中穿插支撑盖板等附属构件的安装，使多榀支撑形成整体。每组预应力钢支撑预加预应力750 kN，支撑拼装完成后施加预应力总量的50%，后期根据基坑开挖的变形情况逐步施加预应力，累计不得超过设计预应力的100%。

组合型钢支撑的各构件布置完毕后，先检查各部件螺栓的连接是否紧固，传力件与围护体系的连接状态是否正确，然后由角撑从内向外逐道加压。预应力施加前对油压千斤顶等设备提前进行检测并确保其合格；随着新安装的支撑预应力的施加，之前加载过后的支撑应力会逐渐减小，因此，需设置复加预应力装置；预应力施加过程中要检查每个节点的连接情况，防止偏心受压及受力不均。同时，支撑的预应力施加严格按设计图纸上提供的轴力来进行，不允许加载不到位或超加载，整个过程中的资料须记录并存档。

3.7 型钢支撑拆除技术

本工程为1道水平组合型钢支撑，换撑板带位于地下1层。组合型钢支撑拆除时，需利用地下1层换撑板带，待换撑板带达到设计要求时方可进行型钢支撑的拆除。拆除时，换撑板带必须形成闭合，整体强度须达到设计要求，严禁随意拆除，拆除时要缓慢对支撑轴力进行卸载，避免应力突变对围护、主体结构产生负面影响。

预应力组合型钢支撑拆除顺序与安装顺序相反，严格按照先安后拆的顺序进行（一般顺序为：换撑板带达设计强度→监测→支撑、对撑拆除→角撑拆除→三角件及围檩拆除→传力件拆除→牛腿及立柱拆除），且严格遵守设计要求。支撑拆除时，首先对其进行监测，观察支撑是否处于稳定状态，确定支撑稳定后对支撑轴力逐步进行卸载，轴力卸载完成后，观察12 h并监测数据，将监测数据与卸载前数据进行对比，确定基坑变形稳定后方可拆除。在整个拆除过程中需不断地对基坑变形进行监测，以确保基坑安全[3-5]。

拆除时避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。首先对对撑梁进行应力释放，释放过程要求尽可能对称作业，有利于结构受力均衡。支撑（角撑、对撑）采用专用千斤顶支顶并适当加力顶紧，然后取出调整钢垫板，千斤顶逐步卸力，停置一段时间后继续卸力，直至结束。

4 变形监测

预应力组合型钢支撑系统的变形监测与基坑变形监测同步进行，本工程基坑监测的主要项目有圈梁水平位移、圈梁垂直位移、道路沉降、建筑物沉降、地下管线沉降、立柱竖向位移、土体深层位移、支撑整体水平位移、支撑轴力等。

基坑监测从基坑土方开挖开始进行，直至土方回填结束，必要时可在支护结构施工期间开始监测。监测时，基坑土方开挖期间1次/d，底板浇筑完成后（小于1周）2次/d，底板浇筑完成后（大于1周）1次/d，支撑拆除期间1次/d。实际的监测频率根据现场实际情况进行调整，如遇特殊情况应加密监测频率。监测结果经分析后，及时通报业主方及监理、设计、施工单位，并汇报监测结论，使得各方及时了解基坑现状。

本工程预应力组合型钢支撑体系在整个监测周期内均处于稳定可靠状态，各项监测数据均远小于设计报警值，有效地保证了基坑及周边环境的安全稳定。其中，圈梁最大水平位移13.24 mm，圈梁最大竖向位移－6.47 mm，周边道路最大沉降12.66 mm，周边建筑物最大累计沉降0.94 mm，周边管线最大累计沉降4.51 mm，立柱最大累计沉降6.44 mm，支撑轴力最大值为1 516.2 kN，土体深层位移最大值为11.74 mm。

5 结语

本工程采用预应力组合型钢支撑作为深基坑的支撑体系，明显缩短了施工工期，相比传统支撑节省工期约2个月。在支撑拆除过程中未产生建筑垃圾，也未造成扬尘及噪声污染，同时，拆除后的组合型钢支撑可在后续项目中重复利用，有效地节约了施工成本，相比传统支撑节约成本15%～20%。

在整个工程施工阶段，基坑变形稳定，基坑各项变形指标均未超过规范及设计要求，基坑安全可控。预应力组合型钢支撑作为深基坑支护的一种新型支撑体系，具有可回收利用、施工便捷、工期短、符合绿色建造理念等优点，未来将会受到施工、设计、业主的青睐，也会成为支撑体系的主流。