装配式基坑支护在高层住宅楼支护中的应用

罗成希，喻家孟，朱能

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 100010）

1 引言

随着我国城市化进程的不断加快，城市人口不断聚集，对于类似南昌、青岛等诸多占地面积相对不足的城市而言，住宅楼的高层化是解决居民常住住房供应需求矛盾的相对良好解决方式，也是当前城市住房建设的重要组成部分[1-5]。

2 高层住宅楼建设与深基坑支护

高层住宅建设虽然能够极大的节省建筑用地、降低成本，但由于高层建筑本身施工要求较高、建设相对困难。特别是考虑到高层建筑建设过程中涉及到的深基坑、高大脚手架、吊装等等分部分项工程本身存在着较大的风险，而且高层建筑建设施工质量又直接影响其后期投用的服务质量和服务期限，因此其相应的安全与质量保障措施的可靠性与有效性就显得极为重要，需要特别给与关注和研究。

高层住宅施工中需要进行深基坑作业，深基坑作业本身存在有较多的安全和质量风险。深基坑作业由于基坑开挖过深，在周边建构筑物及土层的挤压下，基坑本身受力相对不稳定，有整体位移甚至坍塌的风险。深基坑作业本身上下较不方便，一旦出现土层位移或者坍塌事故，作业人员较难疏散和撤离，应急救援相对困难。深基坑作业存在着施工基础由于受到周边挤压的影响，导致变形甚至应力集中等现象，影响后期的服务质量。因此深基坑作业时必须要规范进行支护，防止周边土层对边坡的挤压，保证施工安全有序。

3 装配式基坑支护

在高层住宅楼的深基坑支护中，常见的装配式基坑支护方式为型钢组合支撑，以下对其主要应用特点及施工要求、注意事项进行探讨和分析。

装配式型钢组合支撑指的是利用多种结构件、部件构成的用来对深基坑边坡进行支护的由型钢等材料构成的支撑系统，是当前许多高层建筑深基坑作业时支撑架的组合方式之一。其整体系统结构中主要由型钢支撑梁、组合围檩、立柱以及对应的连接件所构成。如图1为某型钢组合支撑平面结构示意图。

图1 型钢组合支撑体系平面结构示意图

型钢组合支撑在应用时具有承载力大、抗震强度高、构件一般采用标准件组配较为方便等等特点，因此在深基坑支护中应用相对广泛。而且由于部分型钢组合支撑可以施加预应力，使得整体结构稳定性大幅增强，因此其对环境应用的适宜性也大幅提升，如软土地基等位置的深基坑支护处理，其效果一般较好。但是由于型钢组合支撑本身制造与装配要求相对较高，且施工成本较高，因此在实际应用中也存在着一定的困难。如图2为某项目型钢组合支撑现场图。

图2 某项目型钢组合支撑现场图

3.1 型钢支撑梁

型钢支撑梁是利用H型钢标准件组合而成的支撑梁，其在实际施工时由于受到现场实际条件限制也需要设置部分非标准件H型钢。在应用时由于可以施加预应力使得其结构稳定性相对更强，该类型支撑梁一般用作对撑、角撑以及八字撑等形式。

3.2 组合围檩

组合围檩是由多根H型钢标准件组配而成的受力件，有时候也利用H型钢搭配混凝土梁利用螺栓装配，其受力一般为水平方向，在应用时一侧与支护墙连接另一侧与型钢支撑梁连接。

3.3 连接件

在装配式型钢组合支撑中，最常见的连接件为三角传力件，该连接件的作用是在支撑梁与支撑梁之间或者支撑梁与组合围檩斜交等位置形成传力连接以保证整体稳定性。

4 型钢组合支撑应用注意事项

型钢组合支撑多数情况下需要施加预应力，因此其整体施工流程相对复杂。其重点施工流程主要有：施工方案编制、施工准备、土方开挖、型钢支撑梁安装、预应力施加作业、拆除等等。以下对其重点工作步骤进行探讨。

4.1 施工方案编制

由于深基坑施工作业本身属于危险性较大的分部分项工程作业，在实际施工前必须要根据国家法律法规及上级单位要求编制施工方案并进行会签，超过一定规模的还需要组织专家论证。

在进行型钢组合支撑施工方案编制时应注意综合考虑施工作业区域内的水文和地质条件，以及周边建、构筑物可能施加的对深基坑土层的受力影响。由于高层建筑项目一般在城市核心区域，其周边配套的地下公辅管道也对深基坑周边土层受力情况存在一定的影响，因此需要提前的计算和考虑。

方案编制时应重点关注对于结构件的承载力计算及验算。如型钢支撑梁的截面强度计算公式如式1所示。

式中：N为轴心压力设计值，kN；An为组合界面净截面面积，m2；Mx、My为同一截面处绕x轴和y轴的弯矩设计值，kN·m；Wnx、Wny为组合截面对x轴和y轴的净截面模量，m3；f为钢才强度设计值，kPa。

而对于部分软土地质条件下如果是地基平面尺寸相对较大且开挖深度较深的情况在施工方案编制时还应提前制定一定的控制措施来提升基坑稳定性和支撑体系的支撑效果，如利用分坑方式控制型钢支撑梁的长度来控制变形的影响，利用与混凝土支撑体系的配合来增强结构稳定性，利用加大围护墙的刚度来降低土层位移带来的侧向压力，利用基坑土体加固等方式来降低支撑体系的荷载压力等等。

4.2 施工前准备

施工前准备一共包含结构件作业前准备以及作业面施工前准备等等部分。

1）结构中作业前的准备

结构件作业前准备内容主要是由施工方或者供货方在预制场或生产车间范围内根据施工方案要求预制支撑体系相关材料，型钢组合支撑的预制一般为标准件可以批量化制作，而对于部分非标准件则需要根据具体的设计要求制作完成，制作时应注意材料的选择以及结构尺寸，特别应注意预留安装口和装配位置的精确定位。

结构件到场后应注意对结构件的验收和检查，特别是对于材质的检测及与设计文件要求尺寸、结构的符合性验收，验收时应留有检查检测记录。现场需要临时存储结构件时应做好垫板措施以及防盗、防雨雪等措施。

2）作业面施工前准备

作业面施工前准备的主要工作任务在于围护桩的施工，其主要施工步骤有桩位放线、埋设钢护筒等等。在实际施工过程中由于施工作业人员的技能水平的限制使得其桩位放线往往存在有一定的偏差，而埋设钢护筒作业也无法完全符合设计文件要求，因此在实际作业时必须要落实专业技术人员的现场检测检验以及作业旁站和验收等等控制措施，防止偏差的出现。

4.3 土方开挖与型钢支撑梁安装

在作业时土方开挖与型钢支撑梁安装一般分层施工，如在某项目上采用两层土方开挖方式在每层土方开挖前进行预先支撑并且在每层土方开挖后立即组织安装型钢支撑梁。

土方开挖的注意点在于开挖位置和开挖方式的选择与控制，考虑到结构稳定性应严格禁止超挖现象的出现，在复杂地质条件如软土地质条件下的开挖一般要分层分段开挖，开挖时机械设备应对称作业，防止局部区域土层受力不稳引起的坍塌事故出现。

在土方开挖到一定阶段，一般为第一道型钢支撑梁下0.5m～0.8m标高位置时，立即组织人员进行第一道型钢支撑梁的安装，安装时应严格根据设计文件结构要求进行，在部分区域的结构件安装时应严格根据设计方案组配特殊有需要的应该进行焊接处置。此时应检查焊接质量，防止关键受力点点焊或者未焊透等现象出现。

立柱的安装施工时应注意立柱在转运及吊装过程中应有防止其平整度受损的措施，特别是注意立柱吊装的吊点选择以及吊装方式的选择。在立柱安装时应有控制立柱定位偏差、垂直度偏差以及转向偏差的措施并落实。如果现场施工时需要借助立柱充当立柱桩，还应特别注意其插入土体的方式，一般可选择用静压方式进行插入，若静压插入相对困难无法实现也可采用引孔等辅助方式。

4.4 预应力施加

预应力施加应跟随结构件安装配套进行，在施工时常见的预应力装置主要有加载横梁、千斤顶、保力盒和垫板等等，将预应力装置规范设置在型钢组合支撑的对撑或者角撑端部等等位置，在预应力施加完成后应由现场管理人员和技术人员对预应力装置施加情况进行检查。

预应力施工时的注意事项有：所用千斤顶应为经过标定的计量装置；型钢组合支撑安装完毕并经过检验合格后方可进行预应力施加；每级预应力施加完成且保持10min以上受力稳定后方可施加下一级压力，若整体压力已经达到设计值，则应在压力保持稳定10min之后才可进行锁定。

4.5 拆除

在深基坑作业地下基础及其周边传力带混凝土强度全部检测达标合格后，可以逐步开始进行支撑体系的拆除。

拆除前应提前释放预应力，应特别注意的是，在每级预应力释放后应观察半小时左右检查确认各个节点的变化情况以及基坑周边的变形情况，若发现异常应立即进行针对性整改，防止出现整体性坍塌。拆除时应根据受力情况采用从下而上的拆除顺序且拆除时候对各部件的拆除也应遵循一定的顺序。一般拆除顺序为：盖板、系杆——型钢支撑梁、围檩、高强螺栓——托梁、托座——立柱。在实际施工作业时部分施工作业人员为了图省事可能会违反拆除顺序进行作业，作业时存在着较大的安全隐患，因此需要项目管理人员进行现场检查和监督。

5 结语

型钢组合支撑在边坡防护和支撑方面展示了结构稳定、支撑效果较好等特点，在当前诸多高层住宅楼的深基坑作业中大量使用，其在实际施工作业中需要特别注意施工方案的编制以及施工过程中的控制。