魏云波 ，招松 ，夏小軍 ，楊成明 ，王東

（1.中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210046；2.江蘇建科工程咨詢有限公司,江蘇 南京 210046）

0 引言

近年來，以裝配式建筑為核心的建筑產(chǎn)業(yè)化已成為國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略之一。裝配式基坑支護(hù)體系是裝配式建筑的重要組成部分，是國家產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)先扶持的領(lǐng)域。按材料類別分，基坑內(nèi)支撐主要分為混凝土支撐和鋼支撐?，F(xiàn)階段民用建筑支撐主要采用混凝土支撐體系?；炷林误w系資源浪費非常大，拆除過程中產(chǎn)生噪音、粉塵及大量廢棄物。鋼支撐可周轉(zhuǎn)循環(huán)利用，綠色環(huán)保，可作為混凝土支撐的替代。本文結(jié)合南京國際博覽中心三期工程鋼支撐施工,從技術(shù)特點、施工工藝和監(jiān)測分析等方面進(jìn)行闡述。

1 工程概況

南京國際博覽中心三期工程位于南京市建鄴區(qū)金沙江西街與江東中路交叉口，總建筑面積約為38.5萬m2,總建筑高度127.8 m，地下室2層，基坑面積8萬m2，基坑開挖深度11 m。鋼支撐總用鋼量686 t。鋼支撐部分由兩段各長73 m的鋼支撐加中間混凝土棧橋組成，共有12道鋼支撐，分2層，鋼支撐與鋼圍檁采用的型鋼為H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm，鋼支撐端部與基坑邊設(shè)置的鋼圍檁固定。鋼支撐通過下部鋼系桿支承，鋼系桿采用雙拼32a槽鋼連接于鋼支撐兩側(cè)的格構(gòu)式立柱上。鋼支撐剖面見圖1。

圖1 鋼支撐剖面

2 鋼支撐技術(shù)特點

（1）簡單高效，省時省力。H型鋼鋼支撐均為工廠加工的標(biāo)準(zhǔn)件，滿足各種支撐要求，現(xiàn)場拼裝簡便且無需養(yǎng)護(hù)，安裝完成后即可進(jìn)行下道工序施工，極易推廣。

（2）質(zhì)量可靠，技術(shù)領(lǐng)先。H型鋼鋼支撐現(xiàn)場無需焊接，使用高強螺栓連接，質(zhì)量隱患??；自身承載力標(biāo)準(zhǔn)化也可有效降低施工安全隱患，并能在施工過程中根據(jù)進(jìn)度靈活調(diào)整。

（3）循環(huán)使用，降本增效。H型鋼鋼支撐使用損耗低，可重復(fù)使用，使用壽命高達(dá)20 y，其安裝成本和材料攤銷成本較傳統(tǒng)鋼支撐及混凝土支撐相比優(yōu)勢明顯。

（4）綠色環(huán)保，節(jié)能減排。H型鋼鋼支撐為可回收周轉(zhuǎn)性材料，與傳統(tǒng)混凝土支撐相比，減少了不可回收資源的投入和建筑垃圾的產(chǎn)生，符合國家節(jié)能減排、發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)政策。

3 鋼支撐安裝方法

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放線→鋼圍檁拼裝→鋼支撐拼裝→千斤頂安裝→頂端空隙細(xì)石混凝土填充→預(yù)加預(yù)應(yīng)力→復(fù)緊連接螺栓→檢查及軸力附加。

3.2 操作要點

3.2.1 測量放線

測量放線包括軸線和標(biāo)高。軸線是指沿鋼支撐軸線方向，測量混凝土支撐和混凝土圍檁之間的距離。實測結(jié)果和設(shè)計尺寸比較，確定鋼支撐的安裝長度，預(yù)先對拼裝構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整。標(biāo)高是指支撐牛腿在混凝土圍檁埋板、混凝土支撐埋板和格構(gòu)柱上的焊接標(biāo)高。

3.2.2 鋼圍檁安裝

當(dāng)土建施工混凝土圈梁至鋼結(jié)構(gòu)施工區(qū)域時，安裝鋼圍檁兩端預(yù)埋件。安裝鋼圍檁前設(shè)置下部支撐牛腿。支撐牛腿與混凝土結(jié)構(gòu)（砼支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)）可采用化學(xué)錨栓連接。隨后采用塔吊安裝鋼圍檁，鋼圍檁安裝完成后，背側(cè)采用C20細(xì)石混凝土填實，保證與混凝土結(jié)構(gòu)無縫隙。鋼圍檁與混凝土圍檁連接見圖2。

3.2.3 鋼支撐安裝

（1）鋼支撐安裝前，先安裝鋼支撐下支撐鋼系桿。鋼系桿與基坑中支撐兩側(cè)的格構(gòu)立柱相連。所有鋼系桿安裝完成后安裝鋼支撐。鋼系桿安裝完成，上表面在一個平面內(nèi)，安裝誤差控制在設(shè)計位置±1 cm。

圖2 鋼圍檁與混凝土圍檁連接

（2）測量鋼支撐的軸線，在上下層系桿上確定雙層鋼支撐的安裝位置，然后在鋼支撐的一側(cè)焊接限位角鋼，限制支撐的左右移動。

（3）每節(jié)段鋼支撐長度為6 m，安裝前在地面將每2節(jié)段鋼支撐拼成1整節(jié)吊裝。依次把預(yù)拼裝好的鋼支撐從圍檁一側(cè)向混凝土支撐一側(cè)安裝在系桿上。每段鋼支撐安裝時，要與下部支座形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。鋼支撐節(jié)段之間、鋼支撐和鋼圍檁之間用螺栓連接。千斤頂安裝在鋼支撐與混凝土支撐連接端，與鋼支撐連成一體?？p隙處通過千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)進(jìn)行消除。

（4）八字撐和連桿安裝。八字撐采用型鋼兩端的連接鍵通過高強螺栓分別與鋼支撐和鋼圍檁連接。八字撐可使圍檁受力均勻，然后傳到鋼支撐上。連桿把平面內(nèi)2根H型鋼支撐連接在一起增加整體剛度和穩(wěn)定性。連桿采用蓋板和高強螺栓與鋼支撐連接，連接強度高、抗剪效果好。

（5）緊固螺栓和平直度檢查。①鋼支撐、鋼圍檁、八字撐和連桿均安裝連接好后，位置無誤差，然后緊固螺栓。②緊固螺栓分2次，初擰和終擰，每次擰緊均應(yīng)檢查鋼支撐的軸線和平整度，緊固螺栓采用力矩扳手，螺母擰緊后至少外露2個絲牙。③待支撐安裝完成后，用水準(zhǔn)儀復(fù)核整體安裝的平整度，確保預(yù)加力施加前，安裝誤差控制在設(shè)計范圍內(nèi)。預(yù)加力施加后檢查螺栓的松動，擰緊所有螺栓。

（6）限位裝置的安裝。①鋼支撐整體安裝基本結(jié)束后，在系桿上的鋼支撐另一側(cè)焊接限位角鋼，限制鋼支撐的左右移動。②安裝控制鋼支撐上下移動的控位角鋼，把限位裝置、系桿和鋼支撐連接起來形成約束節(jié)點。③施加預(yù)加力前，上下控位角鋼不能擰緊，以防預(yù)加力損失在約束節(jié)點，待加載完成后再擰緊。

3.2.4 預(yù)加預(yù)應(yīng)力

本工程鋼支撐體系共設(shè)置24個千斤頂，均在靠近中部混凝土支撐帶設(shè)置。每道鋼支撐施加800 kN預(yù)加軸力,分三級施加，第一級施加40%，每道支撐最后一節(jié)安裝完成后直接施加。所有鋼支撐安裝完成后，預(yù)應(yīng)力進(jìn)行第二級施加30%，最后第三級施加30%。千斤頂預(yù)應(yīng)力應(yīng)同步施加，鋼支撐預(yù)加軸力施加前，作為鋼支撐后靠的砼支撐需達(dá)到設(shè)計強度。鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加完成之后，對連接螺栓全數(shù)進(jìn)行復(fù)緊。

3.2.5 鋼支撐自動伺服系統(tǒng)

傳統(tǒng)預(yù)加軸力系統(tǒng)是在支撐與鋼圍檁連接處采用活絡(luò)頭加臨時千斤頂裝置，預(yù)加軸力時采用臨時千斤頂預(yù)加軸力，當(dāng)達(dá)到設(shè)計要求后在活絡(luò)頭中打入鋼楔，然后千斤頂卸載、拆除。這就造成所有預(yù)加力最終由鋼楔承擔(dān)，而鋼楔剛度小、變形大，易造成預(yù)加軸力損失大，基坑變形大。

本工程鋼支撐采用的預(yù)加軸力系統(tǒng)，千斤頂永久設(shè)置于鋼支撐上，無千斤頂卸載工況。采用千斤頂自動伺服系統(tǒng)，自動進(jìn)行軸力補償，預(yù)加軸力損失量較小，基坑變形小。

3.2.6 千斤頂行程驗算

千斤頂行程由三部分控制：支撐壓縮量、支撐接頭間隙、圍檁與圍護(hù)間隙。支撐壓縮量為20 mm。每個支撐接頭間隙約3 mm，支撐每節(jié)約6 m，73m間隙約40 mm。圍檁與圍護(hù)間隙5 mm。單個千斤頂行程150 mm。經(jīng)計算73 m支撐三部分之和為65 mm，應(yīng)預(yù)留50 mm余量，單根支撐僅需設(shè)置一個千斤頂。

4 鋼支撐監(jiān)測分析

應(yīng)力水平可直接反映鋼支撐體系的穩(wěn)定性和安全性，對于應(yīng)力水平較高的鋼支撐體系，無線實時監(jiān)測系統(tǒng)可保證基坑安全，一旦變形超過允許值系統(tǒng)就會自動報警。通過整合現(xiàn)有的基坑全自動監(jiān)測技術(shù)，建立深基坑鋼支撐軸力無線實時監(jiān)測體系。

基坑軸力監(jiān)測數(shù)值變化如圖3所示，鋼支撐軸力在基坑開挖過程中，隨著基坑變形累計，其軸力波動較小。基坑開挖完成后，鋼支撐的軸力隨溫度變化而變化，最大軸力值小于報警值140 t，屬于可控范圍之內(nèi)，說明基坑處于穩(wěn)定可控狀態(tài)。

圖3 基坑軸力監(jiān)測數(shù)值變化

混凝土支撐區(qū)域基坑位移如圖4，鋼支撐區(qū)域基坑位移如圖5，混凝土支撐范圍內(nèi)測斜最大達(dá)到20.5 mm,鋼支撐范圍內(nèi)測斜最大達(dá)到15.2 mm?？梢婁撝螀^(qū)域比混凝土支撐區(qū)域基坑位移小。

圖4 混凝土支撐區(qū)域基坑位移

圖5 鋼支撐區(qū)域基坑位移

基坑北側(cè)樁頂位移如圖6，混凝土支撐區(qū)域最大15.6 mm，鋼支撐區(qū)域最大13.2 mm；基坑南側(cè)樁頂位移如圖7，混凝土支撐區(qū)域最大16.5 mm，鋼支撐區(qū)域最大15.7 mm。鋼支撐區(qū)域比混凝土支撐區(qū)域樁頂位移小。

圖6 基坑北側(cè)樁頂位移

圖7 基坑南側(cè)樁頂位移

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的基坑內(nèi)支撐采用混凝土支撐，混凝土支撐的施工需支模、綁扎鋼筋、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等。新型鋼支撐的施工采用裝配式型鋼，整體結(jié)構(gòu)全部使用螺栓連接。經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）工期短，利于結(jié)構(gòu)成品保護(hù)。鋼支撐的安裝速度快，施工方便?；炷潦┕ば枰B(yǎng)護(hù)時間，尤其在冬季施工，養(yǎng)護(hù)時間更久，鋼支撐施加預(yù)加力后可迅速形成支撐剛度。鋼支撐拆除速度快，拆除后直接調(diào)走，利于結(jié)構(gòu)成品保護(hù)，混凝土支撐破碎速度慢而且需清理垃圾，節(jié)約拆除時間。

（2）周轉(zhuǎn)使用，降低成本。

混凝土支撐一次性使用和拆除，材料浪費，產(chǎn)生大量廢棄物。鋼支撐周轉(zhuǎn)重復(fù)使用，使用次數(shù)多，成本降低。