张悬梁钢支撑在某深基坑支护工程中的应用

王义军

（中铁隧道局集团有限公司，广州 511466）

1 引言

张悬梁钢支撑属于深基坑支护中的代表性技术，可解决传统支护方式下支护结构装拆工作量大、扰动性强、成本高、效率低、隐患多等问题。张悬梁钢支撑的安装精度要求高，需深入探讨施工技术，明确技术应用流程及具体要点，保证张悬梁钢支撑的有效使用。

2 工程概况

深圳市滨海大道由现状的双向10 车道扩建至双向14 车道，主线设计车速80 km/h，双向8 车道，辅线设计车速40 km/h，双向6 车道，包含平面道路改造段和下沉隧道段。其中，下沉隧道段自沙河东路立交至深弯五路，全长1 560 m，设两处张悬梁支撑系统，隧道两侧设280 m、249 m 的敞开段。

3 张悬梁钢支撑系统的组成及特点

张悬梁钢支撑系统属于大跨度预应力空间结构体系，包含钢拉杆张悬梁、预应力钢拉杆、模块式直撑系统、支撑预应力调节装置、张拉弦撑杆预应力调节装置。系统结构简单明了，对基坑变形可调节，支撑柱数量少且质地轻，属于兼具质量可靠、施工高效、绿色环保多项特点的新型钢支撑结构体系[1]。本项目采用的张悬梁钢支撑系统，具有如下4 个突出特点。

1）标准化施工：在加工厂内以标准化的方式生产构件，严格管控各构件的质量。全螺栓连接，构件连接稳定可靠；支撑系统由全钢构件组成，安装后便可随即取土，无须养护。省去爆破工序，安装和拆卸效率高，构件重复利用。

2）稳定可靠：张悬梁的受力均匀，支撑系统受力时，各构件均可维持稳定。刚度大，可保障基坑的稳定性，方便施加预应力。

3）施工空间大：张悬梁支撑系统的跨度大，支撑构件的数量比传统支护系统少，可腾出充足的空间，以便现场施工活动的正常进行。

4）效率高：张悬梁系统采取厂内标准化生产、现场高效装配成型的施工模式，安装和拆除的时间较短；钢构件组装成型后，施加预应力即可取土，无须安排额外的时间用于养护；提供充足的空间进行取土，施工速度快。

4 张悬梁钢支撑系统中钢构件应力比的计算

需求/ 能力比例限值为0.95，结构重要性系数为1.10，验算正常工况下构件的应力比，结果如表1 所示。

表1 钢构件应力比计算结果

5 张悬梁钢支撑施工技术

5.1 钢构件加工

钢构件的原材料包含材质为Q355B 的H 形型钢、圆钢管、角钢、钢板，原材料进场时进行抽样检验。钢构件的加工由具有资质的加工厂负责，构件长度误差不超过±3 mm，孔径误差不超过0～2 mm，孔间距误差不超过±2 mm。钢构件加工采用的焊接工艺根据钢材的规格、类型、焊接质量要求而定，保证焊接参数、焊接位置、焊机性能、焊材质量均达标。在焊接前，制订焊接工艺评定作业指导书和焊接工艺评定方案，由具有资质的焊工按照要求施焊试件、制取试样。根据规范的要求评价焊接工艺，钢构件的焊接质量达标后，抛丸除锈、涂刷油漆，将加工成型的钢构件转至指定堆场，预拼装钢构件，确认构件尺寸、结构稳定性各方面均无误后，按顺序打包发往施工现场。

5.2 场地准备

张悬梁外扩线在设计要求的基础上外延1 m，开挖时严格控制开挖进尺，以到达腰梁面以下0.5 m 位置为宜；清理进场道路和吊装场地的障碍物，整平场地，用15 t 以上的压路机压实，确保整平、压实后的场地满足40 t 重车行驶要求。

5.3 测量、放线

1）测量控制网。以总控制网为准加密控制点，进行复核，确保无误。

2）平面控制。复核施工图，以审核后的图纸为准，用红油漆设置标记，形成控制线，作为钢结构安装时的控制基准。

5.4 支架平台的搭建

冠梁施工结束后，确定支架平台的布设位置，焊接立柱顶板，布设支架平台梁，用连接件稳定连接预埋件与平台梁。安装人员严格按照设计施工图的要求控制平台梁顶面标高，要求误差在±2 mm 以内。适配16 t 的折臂汽车吊，以适应净高受限的现场吊装条件，满足最大质量构件（1.1 t）的吊装要求。

5.5 钢支撑的安装

在堆场分段预拼装钢支撑，单段质量不大于6.5 t，单段长度不大于6 m，随后将各节段运输到场，于桥梁施工现场组拼节段，将整体结构吊装至指定位置。

支撑构件用高强度螺栓连接，各螺栓的穿入方向保持一致，禁止强行敲打。从节点中心向边缘有序拧紧各组螺栓，螺栓安装后应在当天拧紧，终拧力矩不低于660 N·m，外露部分不少于2 个丝扣。通过高强度螺栓将支撑构件安装到位后，向油漆被磕碰的部位补刷油漆，向高强度螺栓涂刷防腐漆。

钢支撑需满足如下几项尺寸要求：支撑中心线对定位轴线的偏移量不超过50 mm，挠曲矢高偏差不超过12 mm，标高偏差不超过-8～+5 mm。

5.6 二次灌浆

根据钢支撑的拆撑需求和场地平整度确定是否需对端部与冠梁的连接间隙灌浆，对于需要灌浆的间隙，拌制3 d 抗压强度40 MPa、28 d 抗压强度65 MPa 的高强度无收缩灌浆料，严密填充间隙。

灌浆前，清理冠梁接触面的附着物，浇水润湿；按照图纸要求，在高出钢构件边座上表面不少于50 mm 的部位设置模板定位标高标记，以此为基准将模板准确布设到位，采取紧固措施，以免发生松动。在拌制好灌浆料后，随即进行灌浆，并遵循连续性灌浆的原则。脱模前，防护灌浆层，以防灌浆料遭到碰撞和振动，脱模时加强防护，保证灌浆部分无损伤。灌浆料终凝后，洒水保湿养护。

5.7 预应力施工

施加预应力的设备采用DZB 1.5 kW 电动油泵和STQ 200T/100 mm 液压千斤顶，搭配薄钢片、钢楔子、钢尺等辅助材料，用于挤紧千斤顶和冠梁的间隙。提前在预应力施加点准备好电源接线，为预应力作业设备提供电力供应，并校核液压仪表。

预应力施加点的布置如图1 所示。成对同步施加支撑端点＜1、1a＞＜2、2a＞＜7、7a＞＜8、8a＞＜13、13a＞＜14、14a＞的预 应力，均为1 000 kN。按照3、4、5、6、9、10、11、12 点位的顺序依次施加50 kN 的预应力。基坑开挖期间，腰梁每向内移动10 mm 均施加一次预应力，以此类推，最终完成所有的预应力施加作业。施工人员严格按照预应力施加流程控制各阶段的预应力，并全面记录数据。

5.8 张悬梁钢支撑的使用

张悬梁钢支撑通过质量检验后，方可投入使用[2]。施工方加强对张悬梁钢支撑系统的全面监测，评价支撑系统的使用状况，若位移超出许可范围，施加二次预应力。张悬梁钢支撑使用期间还需采取防护措施，禁止随意在钢支撑上切割、焊接，避免外力碰撞。若张悬梁钢支撑的稳定性不足，针对薄弱部位采取加固措施。

5.9 张悬梁钢支撑构件的拆除、回收保养

在地下室顶板楼板施工完毕并有足够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。拆除前进行技术交底，使施工人员明确拆除流程和作业要点[3]。严格控制拆除时的轴力，避免应力突变，确保主体结构、围护结构不由于拆除作业而受到影响。根据现场拆除作业条件适配塔吊或汽车吊，例如，张悬梁、腹杆等轻型构件可用塔吊拆除。拆除时，凿除支撑一侧的二次灌浆层，释放钢支撑内力；解开主撑缀板，将主撑结构拆成零散元件，再用塔吊将拆除后的零部件有序运送至集中区；解开支架螺栓，用塔吊将零部件转至集中区。在结束张悬梁钢支撑的拆除作业后，用16 t 吊车将存放在集中区的构件运走。

钢支撑拆撑后，将构件转至堆场进行保养，筛选优质的构件，重复使用。标准件、辅助件需转移至加工车间进行维护；打磨与传力件连接部位的焊痕、锈迹，利用校正架校正H 型构件；检测焊缝，存在稳定性不足、焊接部位受损等问题时，安排补焊；构件翘曲超过2 处，变形幅度＞10 mm 且长度＞100 mm时，视为废弃材料处理；若钢构件扭曲变形，不宜重复利用。经过检测、修整后，筛选出可重复利用的钢构件，进行防腐涂装，严格检验，出具检测合格证书，将钢构件分类存放到位。

回收的钢拉杆需经过外观检查，对于存在刻痕或其他表观缺陷的钢拉杆，安排返厂检修。若钢构件的保护套破裂，涂刷防腐油脂再包扎。钢构件经过维护后均要出具检测合格证书。

螺栓和螺母若有丝牙磨平、断裂等缺陷，禁止重复使用。所有回收的螺栓和螺母均要经过除锈、除尘处理，再由专员进行质量检验，出具检测合格证书。

6 深基坑监测及支护施工方案应用效果评价

在深基坑中设置张悬梁钢支撑后，安排监测，评价张悬梁钢支撑的应用效果。监测结果如表2 所示，深基坑的水平位移、竖向位移分别为6.2 mm、2 mm，深层土体的位移为1.47 mm。对比分析实测数据和规范值后，认为各项指标均符合设计规范要求，表明张悬梁钢支撑的支护效果良好。

表2 深基坑监测数据

7 结语

综上所述，张悬梁钢支撑是深基坑施工中的重要支护方式，可解决传统钢管支撑稳定性不足、杆件布设密度过大等问题。经过本文的分析，提出了张悬梁钢支撑在深基坑支护中的应用流程及作业要点，并进行现场监测，根据监测数据评价张悬梁钢支撑的应用效果。实践表明，深基坑的位移和深层土体位移均在许可范围内，张悬梁钢支撑在深基坑支护中取得了良好的应用效果，本工程采用的张悬梁钢支撑技术对类似工程有参考价值。