装配式张弦梁钢支撑的应用与分析

李荷英

（厦门安捷建筑工程有限公司，福建 厦门 361000）

为保证地下室结构的施工及基坑周边环境安全，基坑大面积开挖施工取土前，需进行基坑支护，建筑基坑的支护形式有许多，建筑设计者根据建筑项目的地质条件、基坑深度、基坑尺寸等客观条件选择基坑的支护方式。基坑内支撑是众多基坑支护方式的组成部分之一，基坑内支撑常用的做法有混凝土内支撑、钢管支撑和装配式张弦梁钢支撑。

1 三种基坑内支撑的特点

混凝土内支撑施工方式为现浇钢筋混凝土，施工工序多、现场施工周期长、混凝土浇捣需多次作业，易导致施工冷缝等质量问题的出现；根据混凝土的强度，需养护25d 以上才能达到设计强度。混凝土内支撑无条件施加预应力，在支护使用期间无法根据现场周边土压力的变化调整反力,应对不可抗力能力差。混凝土内支撑现浇混凝土及支撑拆除过程中施工噪音大、扬尘，会产生大量无法回收重复利用的建筑垃圾，混凝土内支撑不可避免地对环境产生污染。混凝土内支撑可形成整体内支护，但梁多、间距密，开挖取土空间小。

钢管支撑施工方式为工厂制作、现场装配，施工周期较快，但单支杆件多、受力支点多，不能施加预应力，在支护使用期间，无法根据现场周边土压力的变化调整反力。可回收重复利用，适用于宽度窄小的基坑，但无法形成整体受力体系，现场杆件多，开挖取土空间小。

装配式张弦梁钢支撑施工方式为工厂制作预拼装、现场装配，施工周期快，可施加预应力，在支护使用期间，可根据监测设备上的数据，对现场周边土压力的变化多次施加应力。可回收重复利用，形成整体受力体系，相较上述两种内支撑，其开挖取土空间大。装配式张弦梁钢支撑施工便携、安全、节能、经济、绿色可循环。为进一步分析装配式张弦梁钢支撑施工的特点及优势，现结合具体案例重点分析装配式张弦梁钢支撑的应用。

2 工程案例及与其他内支撑的比较

某污水处理厂项目基坑尺寸为长141.5m、宽62m,支护型式采用SMW 工法桩加一道内支 撑，若采用混凝土内支撑，共需43 支立柱，桩径为0.9m，有效桩长18m，钢筋混凝土梁工程量约1 302m3，混凝土内支撑施工工期需105d（含拆除），拆除后将产生1 302m3建筑垃圾，还需扬尘处理费用，项目总造价约363 万元。混凝土内支撑平面布置图见图1。

由于此项目为市政污水项目，周边临近生活区，为减少施工期间对周边环境的影响，最终项目实施采用装配式张弦梁钢支撑。基坑尺寸不变，仍为长141.5m、宽62m,支护型式同上，设计立柱26 支，比混凝土内支撑减少了17 支，桩径为0.9m，有效桩长12m，桩长比混凝土内支撑短6m，钢支撑工程量为650t，施工工期从预埋、安装、拆除总共21d，比混凝土内支撑节约工期约80d，装配式张弦梁钢支撑项目总造价约289 万元，使用周期约4 个月，现项目已顺利完工并拆除回收，受到业主及主管部门的一致好评。装配式张弦梁钢支撑平面布置图见图2。

图2 案例装配式张弦梁钢支撑体系由张弦梁、桁架对撑、角撑、支架平台梁、预应力施加装置等组成。项目实施分4 个阶段完成。

2.1 加工阶段

图1 混凝土内支撑平面布置图

图2 装配式张弦梁钢支撑平面布置图

根据施工图进行图纸深化、排料、采购原材料。原材料由H 型钢、钢板、角钢、圆钢管等组成，材质为Q355B,原材料进场验收应进行抽样送检，钢拉杆的杆体采用材质为550MPa 合金钢，其验收标准应符合现行《钢拉杆》（GB/T 20934-2016）的规定。钢构件加工应在有资质的钢结构加工厂加工。制作时构件长度误差控制在±3mm 范围内，孔间距误差控制在±2mm 范围内，孔径误差控制在0～2mm范围内。钢构件的焊接工艺应根据构件的节点形式、钢材类型、规格、采用的焊接方法、焊接位置等制定焊接工艺评定方案，拟定焊接工艺评定作业指导书，按规程的规定施焊试件、制取试样，并由有资质的检测单位进行原材料检测。焊接工艺评定应满足现行《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 81-2002）要求。钢构件拼装焊接经检测合格后，进行抛丸除锈、油漆涂装，制作应严格按照《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）执行。加工完成后进入堆场进行预拼装，然后按安装顺序打包发运至工地。

2.2 安装阶段

装配式张弦梁钢支撑施工的安装顺序如下：立柱桩施工完成后确定预埋标高进行预埋，在完成冠梁施工、具备场地开挖条件后，根据图纸放线，定位连接件和支架平台梁的位置，安装支架梁。随后角撑、对撑进场安装，支撑系统安装完成后安装监测设备。然后进行预应力施加，预应力施加完成后，装配式张弦梁钢支撑体系进入使用阶段。

施工工作面的准备应符合以下规定：根据设计图纸和定位坐标测量放线，确定基坑的围护桩位、立柱桩位、混凝土牛腿等主要坐标值，给点放线，并设标桩保护好所放的位置点。开挖施工工作面，底标高控制在设计支撑底标高-0.8m 位置，宽度为张弦梁跨度+放坡宽度。在连接件位置和对撑、角撑位置开槽，宽度为构件尺寸+放坡宽度。托座安装的要求：位置标高控制在5mm 以内，每个托座与上部支撑横梁连接处宜布置4 个及以上螺栓。托梁安装的要求：托座拼装并检测合格后，将托梁吊装到托座的位置，安装在托座上，用高强螺栓固定在托梁上，一根托梁安装在两根托座上，安装的位置标高误差控制在5mm 以内，支架构件最大重量1.1t，作业采用16t 汽车吊。桁架对撑、角撑模块在堆场预先拼装成段，考虑现场安装条件及吊装起重设备作业条件，分段长度≤13m，分段重量≤10.5t。张弦梁安装的水平度允许误差为5mm。对撑或角撑两端安装后的标高允许误差为对撑长度的1/600 或20mm。

装配式张弦梁钢支撑的连接，均采用大六角高强度螺栓顺畅穿入孔内，高强度螺栓应符合国家规范要求，不得强行敲打，穿入方向一致，便于操作。每组螺栓应从节点中心向边缘拧紧，安装的螺栓应当天终拧完毕，其外露部分不得少于两个丝扣，螺栓拧紧程度以终拧扭矩≥660N·m 为合格。高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》（GB/T 1228-2016）、《钢结构用高强度大六角螺母》（GB/T 1229-2006）、《钢结构用高强度垫圈》（GB/T 1230-2006）、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》（GB/T 1231-2006）规定。

张弦梁、桁架对撑、角撑、支架平台梁、预应力施加装置安装完成后进行预应力施加，千斤顶和测量仪表的规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求，千斤顶和测量仪表的外观表面不应出现生锈、裂缝和指针偏离零位等损伤，预应力施加完成后进入使用期。

2.3 使用阶段

图3 预应力施加

装配式张弦梁钢支撑系统使用期间，施工方应进行全过程监测，根据监测系统的数据判断系统安全性，如有预警需实时关注，位移超出设计误差值应采取二次预应力施加，见图3。

使用过程中，装配式张弦梁钢支撑不允许外力碰撞、在钢支撑上行走设备或载重、切割、焊接等人为破坏。

2.4 拆除、回收保养阶段

在地下室顶板楼板施工完毕并能提供刚度后开始换撑工作，待传力体施工完成，养护至满足设计要求后方能拆撑。拆除时要特别注意保证轴力的安全卸载，避免应力突变对围护结构、主体结构产生负面影响。拆撑时应根据现场条件选用塔吊或汽车吊。凿除支撑一侧的二次灌浆层，释放钢支撑内力进行卸载。采用塔吊拆除腹杆、张弦梁等较轻小构件。将主撑缀板螺栓解开，把主撑拆成零散元件，通过塔吊吊运至构件集中区，用16t 吊车装车运走。解开支架螺栓，通过塔吊把支架构件吊运至构件集中区，用16t 吊车装车运走。

钢支撑拆撑后送回堆场保养备用，回收的标准件、辅助件应送回加工车间进行维护养护，对与传力件连接产生的焊痕、混凝土浆痕和锈迹要打磨清晰，使用标准校正架对H 型构件进行检测校正。对焊缝进行检测并修补。局部翘曲变形幅度≤10mm，且长度≤100mm 内，翘曲部位不超过2 处，超过标准的构件不得使用；发生扭曲变形的钢构件一律不得在工程上使用。检测完成后进行防腐涂装，分类堆放，检验合格后应出具检测合格证书。

回收的钢拉杆应对外观进行全面检查，发现钢拉杆的杆体有刻痕的要返厂检测合格后再使用，对保护套破裂的应先涂防腐油脂后再包扎，并出具检测合格证书。

回收的螺栓和螺母应进行除尘、除锈、加油保养；丝牙出现断残、磨平以及螺栓、螺母出现裂纹的一律不得重复使用。检验合格后应出具检测合格证书。

3 装配式张弦梁钢支撑应用优势

通过案例比较，装配式张弦梁钢支撑可以实现构件工厂标准化制作，加工质量可以得到保证，现场装配均用高强螺栓进行连接，安装快捷，尺寸精准。安装完成后，预应力施加后即可以开挖取土，取土空间大、效率高，相比混凝土内支撑至少可节约30%的工期，它的优点是节能环保、节省工期、施工现场投入少，对周边环境不会产生扬尘、噪音等污染。

4 装配式张弦梁钢支撑的技术特点

装配式张弦梁钢支撑使用期间不需要保养，拆除后返回工厂或堆场再根据钢支撑外观损坏情况进行防腐保养。钢支撑在国际上应用广泛，特别是在用地条件受限的国家及地区，如新加坡、香港等。本文所述装配式张弦梁钢支撑是更为新型的内支撑，其创新主要在张弦梁上，张弦梁张拉跨距通常按18～36m 进行布置，可减少用钢量大的桁架对撑的使用数量，从而节约钢支撑的总用钢量，节省施工投入。装配式张弦梁钢支撑能施加预应力，并根据现场监测数据进行多次施加调整，支护安全性能高。装配式张弦梁钢支撑还有一个特点是全装配式，安装及拆除均方便、快捷，节省了大量的人员投入，为安全施工创造了条件。

5 结语

装配式张弦梁钢支撑系统是新建筑时代的技术创新，特别适用于大型深基坑的内支撑应用，可以根据基坑深度设置多层内支撑。装配式安装拆除便捷、安全、绿色环保、节约造价、监测数据可实现大数据管理应用。装配式张弦梁钢支撑用材环保、使用便捷、可实时监测、安全科学值得大力推广应用。