中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011

傳統(tǒng)鋼支撐強(qiáng)度大，可以重復(fù)利用，但對(duì)于大型基坑，鋼支撐材料布置密度高，對(duì)土方開(kāi)挖施工安排和安全性要求較高。鑒于此，裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐應(yīng)運(yùn)而生（見(jiàn)圖1）。標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的應(yīng)用可以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求，無(wú)須現(xiàn)場(chǎng)加工，顯著節(jié)省了施工空間，改善了施工條件，便于土方開(kāi)挖，縮短了工期。材料的循環(huán)利用率高，促進(jìn)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐現(xiàn)場(chǎng)效果圖

1 工程概況

該基坑支護(hù)工程，主要用于興建一條長(zhǎng)0.5km的地下車行隧道以及相關(guān)的行人路、街道照明、交通輔助設(shè)施、排水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、水管、環(huán)境美化和附屬工程。

基坑開(kāi)挖前，在基坑中部打入工字鋼作支撐中柱，通過(guò)縱向鋼材與裝配式鋼支撐連接，增強(qiáng)穩(wěn)定性和強(qiáng)度，達(dá)到增大支撐間距的目的，便于土方開(kāi)挖。土方開(kāi)挖采用分區(qū)、豎向分層開(kāi)挖的方式，土方開(kāi)挖至每一層支撐面后立即用螺栓連接安裝裝配式鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力，由第三方獨(dú)立查驗(yàn)機(jī)構(gòu)驗(yàn)收合格并出具合格證書(shū)后方可開(kāi)挖至下一支撐面。開(kāi)挖至基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高澆筑墊層時(shí)，進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)施工，待隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并逐層回填后，依次拆除鋼支撐。隧道結(jié)構(gòu)完成后，土方回填至指定標(biāo)高，完成道路工程及管線施工。

2 裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐構(gòu)造

該裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐加工滿足規(guī)范《the Structural Use of Steelwork in Buildings》（BS EN 10025:2004），主要包括一對(duì)工字鋼通過(guò)螺栓與槽鋼和角鋼連接。施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖情況采用定制長(zhǎng)度生產(chǎn)鋼支撐，并最終在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝（見(jiàn)圖2），工字梁型號(hào)包括101kg/m、125kg/m、155kg/m、174kg/m、195kg/m、235kg/m、313kg/m 以及381kg/m。此外，在施加預(yù)荷載以及基坑轉(zhuǎn)角位，通過(guò)生產(chǎn)特殊的構(gòu)件以滿足施工要求。所有連接和誤差均應(yīng)滿足《National Structural Steelwork Specification》（BCSA）。

圖2 裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐構(gòu)件示意圖（單位：mm）

3 裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐基坑支護(hù)施工流程

3.1 基坑開(kāi)挖前工序

在基坑開(kāi)挖之前，施工人員需要安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)，得到初始讀數(shù)以觀測(cè)施工過(guò)程中深層水平位移以及周邊地下管線或建筑物沉降等。打入基坑工字鋼中柱及進(jìn)行鋼板樁施工，當(dāng)遇到有地下管線而無(wú)法進(jìn)行鋼板樁施工時(shí)，在兩邊鋼板樁之間焊接10～12mm厚的橫向鋼板作為擋土板，每開(kāi)挖至最多1m深便要焊接擋土板以確?；臃€(wěn)定及安全性。由于該基坑面積較大，需要通過(guò)抽水試驗(yàn)觀察抽水對(duì)承壓水引起的水位變化特征。隨后進(jìn)行降水井施工，利用鉆機(jī)定位鉆孔、洗井下泵，布置排水路線及電纜電路。

3.2 基坑開(kāi)挖及鋼支撐安裝

該基坑采用縱向分層開(kāi)挖，開(kāi)挖至每一層鋼支撐底200mm處停止開(kāi)挖并將其作為工作面。對(duì)于托座位置，施工人員可以進(jìn)行30°坡度的局部開(kāi)挖以安裝圍檁或縱向鋼材托座，托座焊接于鋼板樁或中柱之上，焊接質(zhì)量需要通過(guò)香港所認(rèn)可實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的無(wú)損試驗(yàn)。安裝圍檁、縱向鋼材并通過(guò)螺栓安裝裝配式鋼支撐構(gòu)件。施工人員將螺栓擰緊后需要利用扭力扳手進(jìn)行檢查并做記錄。在圍檁與鋼板樁之間的縫隙中澆筑填充混凝土，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到30MPa后才可以對(duì)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，并利用液壓千斤頂對(duì)鋼支撐施加預(yù)荷載，以滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 鋼支撐預(yù)壓

將液壓千斤頂放入鋼支撐構(gòu)件中（見(jiàn)圖3），壓力機(jī)將會(huì)顯示施加的預(yù)荷載，先施加設(shè)計(jì)荷載的50%，2min內(nèi)繼續(xù)施加剩余荷載。達(dá)到設(shè)計(jì)荷載后，等待5min觀察壓力計(jì)的變化情況，之后施加額外荷載（應(yīng)小于115%），并在縫隙之中插入墊片的同時(shí)重新檢查擰緊螺栓?；愚D(zhuǎn)角的斜支撐應(yīng)等同一支撐層的所有橫向鋼支撐預(yù)壓完成后，再成對(duì)進(jìn)行預(yù)加載。預(yù)壓記錄由各方簽字并提交。

圖3 裝配式鋼支撐預(yù)應(yīng)力施工

4 裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐基坑支護(hù)的主要控制點(diǎn)

4.1 鋼支撐構(gòu)件滿刻度荷載試驗(yàn)

在鋼支撐構(gòu)件運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝前，需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以得到構(gòu)件最大承載力、破壞模式、應(yīng)力分布、荷載變形等參數(shù)，并確定材料再次利用的強(qiáng)度和安全性。為了達(dá)到該試驗(yàn)?zāi)康?，支撐系統(tǒng)構(gòu)件需加載至破壞。

4.2 焊接質(zhì)量控制

對(duì)于基坑支護(hù)施工中的焊接，需要由香港所認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損焊接測(cè)試，焊接測(cè)試的頻率應(yīng)滿足《Code of Practice for the Structural Use of Steel 2011》（Buildings Department）。對(duì)于角焊縫，應(yīng)進(jìn)行100%目視檢查、10%磁粉或磁性滲透檢查；對(duì)于對(duì)接焊縫，應(yīng)進(jìn)行100%目視檢查、100%磁粉或磁性滲透檢查以及100%超聲波測(cè)試，以確保焊接質(zhì)量，焊接測(cè)試報(bào)告需要提交給獨(dú)立檢查工程師作為參考，并出具每一層支護(hù)系統(tǒng)的可靠性證書(shū)，才可繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)挖工作。

4.3 支護(hù)系統(tǒng)安裝

鋼板樁和工字鋼基坑中柱需要嚴(yán)格控制垂直度，且應(yīng)進(jìn)行交叉檢查，鋼板樁鎖扣嚴(yán)密，并做好量測(cè)記錄，確保插入深度不小于設(shè)計(jì)深度。開(kāi)挖過(guò)程應(yīng)分層分段開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖，挖斗不得碰撞鋼板樁。為確?；臃€(wěn)定性，應(yīng)嚴(yán)格控制各個(gè)支撐構(gòu)件的安裝標(biāo)高，精準(zhǔn)放線，將支撐標(biāo)高及水平位置于現(xiàn)場(chǎng)清晰標(biāo)出，遵循設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，誤差不得大于5mm。托梁間隔不得大于設(shè)計(jì)間隔。鋼支撐吊裝采用90t和100t履帶起重機(jī)，在吊裝前用鐵板焊接于支撐兩端作定位限制器。各個(gè)構(gòu)件安裝時(shí)應(yīng)確保螺旋緊固，定期檢查，做好記錄。預(yù)壓所用儀器設(shè)備應(yīng)定期標(biāo)定，按照設(shè)計(jì)荷載及時(shí)間要求進(jìn)行預(yù)壓，對(duì)預(yù)壓結(jié)果應(yīng)做好記錄及存檔。

5 結(jié)束語(yǔ)

裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化可嚴(yán)格控制構(gòu)件質(zhì)量，且全部采用螺栓連接，安裝及拆除時(shí)間快，節(jié)省了工期，避免了煩瑣的現(xiàn)場(chǎng)工序以及潛在危險(xiǎn)動(dòng)作，并減少了對(duì)環(huán)境的污染。裝配式鋼支撐構(gòu)件可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件進(jìn)行加工生產(chǎn)，可以更好地契合施工場(chǎng)地及不同施工方案。鋼支撐本身的剛度大、形變小，施加預(yù)應(yīng)力后可以減少基坑變形，增加基坑穩(wěn)定性。此外，鋼支撐構(gòu)件在拆除之后可以二次利用，節(jié)省工程造價(jià)，隨著工程企業(yè)對(duì)于工期管理及成本控制的日益重視，裝配式預(yù)應(yīng)力鋼支撐在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。