装配式预应力组合钢支撑在超深基坑中的应用
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【摘要】装配式预应力组合钢支撑具有安全可靠、工期短、可拆卸重复使用、节省资源等优点，在超深基坑中的应用越来越广泛。本文以陕西某超高层项目深基坑支护施工为例，介绍装配式预应力组合钢支撑的结构形式、工艺流程，阐述施工过程中的技术要点、变形监测及应急处理，为类似工程起到借鉴和指导作用。
【关键词】装配式 预应力 组合钢支撑
一、工程概况
陕西某超高层项目位于西安唐延路南段，占地面积38618m2。拟建建筑物为商业建筑，由2栋24层高层建筑、2栋33层超高层建筑及4层多层建筑裙楼组成，均设3层地下室。基坑东西长174米，南北长173米，开挖深度20.47米，开挖面积27390m2，为一类基坑。
二、装配式预应力组合钢支撑的结构组成和特点
本项目深基坑支护工程包括围护桩、立柱桩、锚索、三道水平支撑及角撑、鱼腹梁等。基坑采用三道装配式预应力组合钢支撑+砼支撑，均为单层结构。对撑最大跨度为140m，角撑最大跨度为74m，鱼腹梁最大跨度为30m。
三、装配式预应力组合钢支撑的施工工艺及技术要点
（一）施工工艺流程
施工准备→土方开挖→定位测量→围护桩、冠梁施工→立柱施工→开槽施工牛腿、托座、支撑梁→围檩施工→第一道混凝土支撑施工和装配式钢支撑安装→施加预应力→土方开挖至第二道支撑工作面→第二道混凝土支撑施工和装配式钢支撑安装施工→施加预应力→土方开挖至第三道支撑工作面→第三道混凝土支撑施工和装配式钢支撑安装→施加预应力→土方开挖至基坑标高→混凝土垫层、底板、中层板、侧墙施工，达到设计强度→依次拆除回收第三、二、一道支撑及立柱拆除→工程结束。
（二）技术要点
本项目深基坑采用区段设置三道内支撑，水平第一道支撑撑在冠梁上，其余第二道均撑在钢围檩或混凝土围檩上。所用钢支撑构件均在工厂进行制作，现场负责安装、拆除。围护桩、冠梁、立柱桩、混凝土支撑等混凝土构件均在现场进行制作、安装、浇筑。
1.护坡桩和冠梁施工
护坡桩采用钻孔灌注桩，护坡桩承受水平推力，应严格控制钢筋制作和安装，防止扭转、弯曲。护坡桩埋深应符合设计要求，混凝土灌注应连续、紧促，灌注导管要保持一定的活动频率，提高灌注质量，保证桩身完整性。护坡桩应采用低应变法进行桩身完整性检测。
冠梁施工前应先破除护坡桩桩头至设计标高，桩头浮灰应清理干净，护坡桩的主筋应锚入冠梁内，且不小于设计要求。冠梁钢筋应应严格按照设计和规范要求制作、安装，保证构件有足够强度。
2.立柱桩施工
基坑内部装配式预应力组合支撑正下方设置方钢立柱、H型钢立柱，根据本项目地质特点，立柱施工采用旋挖钻机成孔后先施工立柱下灌注桩，然后插入钢构柱立柱。立柱施工过程严格控制立柱插入深度及角度、垂直度等。
3.牛腿、托座、支撑梁施工
牛腿的焊接部位应进行部分灌注桩破桩，再焊接钢板在主筋上。基坑四周的钢牛腿应控制在同一个水平面上，钢牛腿应保证有三处连接牢固可靠，焊缝满足设计，有足够的稳定性，不得出现扭曲、脱焊现象;牛腿横杆长度及水平度满足使用要求。
托座安装要严格控制水平标高、垂直度，托座与立柱桩安装紧固牢靠，摩擦型高强螺栓的扭矩达到规定要求。
4.围檩、角撑、对撑施工
围檩安装应遵循“先长后短，减少接头”，先使用长围檩，减少围檩接头。围檩按顺序随支撑逐段吊装架设，人工配合将钢围檩安放于牛腿支架上，围檩的连接部位和搭接部位必须满足强度要求，应用摩擦型高强螺栓连接紧固。
围檩和角撑之间存在夹角，不宜直接安装，应先在支撑横梁上标好安装记号，根据记号进行安装，保证支撑顺直度。部分对撑、角撑连接过程中，若存在多余空挡，应使用相对较厚的钢板进行垫紧贴密，防止在后续加力工序中支撑体系受力发生偏心。
角撑、对撑安装应严格控制H型钢构件接头中心线和两端标高，其与围檩、连接件和预应力装置之间的夹角须达到设计要求，角撑、对撑整体挠曲度允许值符合设计要求。
5.鱼腹梁安装施工
鱼腹梁安装应按照设计跨度在地面进行拼装，整体起吊摆放在支撑牛腿上，两端人工牵引，确保整体稳定，螺栓紧固达到设计及规范要求。钢绞线张拉应使张拉作用线与钢绞线的轴线重合一致，张拉应力值符合设计要求，张拉伸长率无异常，钢绞线张拉应按顺序逐根进行，每层分别分三次张拉。
6.预应力施加压
预应力施加时，要及时检查每个接点的连接情况，并做好施加预应力的记录;在支撑受力后，必须严格检查并杜绝因支撑和受压面不垂直而发生渐变，从而导致基坑挡墙水平位移持续增大乃至支撑失稳等现象发生。
顺序：对撑→角撑→鱼腹梁
支撑加压应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载。根据施工图纸中每个加压位置的施加应力值，按照每根型钢一个千斤顶的原则计算每个千斤顶的加压数值。
计算公式为：加压值（P）=施加应力值（F）÷千斤顶截面积（㎡）÷千斤顶个数
鱼腹梁钢绞线安装要左右对称，钢绞线张拉时要一根一根进行，采用分批超张拉的方式（按15%超张拉控制），避免部分张拉不到位，一定要形成整体并均匀受力。钢绞线的张拉首先施加图纸上注明张拉力的50%和80%，稳定后再加载至100%荷载，在该张拉荷载下保持15分钟，观测锚头无位移现象后锁定。钢绞线张拉时钢绞线的伸长率、预应力、张拉机械及特殊情况等要记录并存档。
7.装配式预应力组合钢支撑的拆除
装配式预应力钢支撑拆除前，应先完成可靠的换撑工作。本项目筏板基础及混凝土传力带全部浇筑完成且达到设计强度要求后方可拆除第三道全部支撑，负三、二层顶板及换撑带混凝土全部浇筑完成且达到设计强度要求后方可拆除第二、一道全部支撑。拆除过程中应遵循：监测→释放钢绞线预应力→拆除角撑及围檩→拆除支撑梁→拆除牛腿及型钢立柱。
对拆除区域的预应力应遵循30%、60%、100% 3轮分级循环释放的原则，先鱼腹梁后角撑、对撑。拆除时应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。确保钢支撑拆除后，围护结构侧向位移控制在设计规定范围内。
四、装配式预应力组合钢支撑变形监测和应急处理
（一）支撑变形监测
本项目装配式预应力组合钢支撑变形监测与基坑监测同步进行，监测内容有围护结构深层水平位移、围护结构顶部位移监测、支撑轴力监测、立柱的沉降监测等。
监测频率应按照设计要求基坑开挖不同阶段1-3天/次，应力监测1天/次，出现监测数据达到预警值、数据变化较快、大量积水连续降雨、支护结构出现开裂、地面荷载突然增大等突发情况时，应提高监测频率。
（二）支撑应急处理
1.角撑向坑内水平位移超过报警值
由于水土压力增大或外部因素变化引起向坑内的水平位移超过报警值，应在角撑预应力施加端，安装千斤顶，分级施加预应力，并监测变形，直至变形稳定。
2.鱼腹梁向坑内水平位超过报警值
把备用钢绞线和已加预应力的钢绞线，再进行张拉施加预应力，可以达到控制鱼腹梁的变形;备用钢绞线数量不小于总数量的10%，且符合设计要求，同时加强变形监测，变形稳定即可停止增加预应力。
3.围檩轴向应力达到或超过报警值
当围檩承受压力过大时，在受压段增加肋板，增加受压围檩的型钢横断面积，或在受压段型钢围檩内，灌入速凝、微膨胀混凝土，20分钟产生强度，提高围檩承载应力。
五、结论
装配式预应力组合钢支撑在该项目深基坑工程的应用，将预应力鱼腹梁、预应力型钢支撑、混凝土支撑、钻孔灌注桩、土钉墙、挡土墙多种支撑方式组合在一体，形成超大跨复杂支撑体系，既保证了基坑安全，又不影响土方及地下结构施工，为类似超大跨度复杂工程深基坑工程起到借鉴和指導作用。
参考文献：
[1]建筑地基处理规范.JGJ79—2012.
作者简介：刘宇（1983-），男，汉族，陕西西安人，西安有色冶金设计研究院有限公司，建筑工程，本科，工程师。
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