蔡 永（上海建浩工程顧問有限公司， 上海 200030）

0 引 言

裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼結(jié)構(gòu)支撐技術(shù)作為一種創(chuàng)新支護技術(shù)，近年來在我國的工程領(lǐng)域中逐步得到推廣，在一些軟土深基坑工程圍護支撐中取得了成功，獲得了較好的綜合效益。實踐證明：該技術(shù)具有有效擴大施工空間、精準控制基坑變形等優(yōu)點，能夠為項目的安全生產(chǎn)、節(jié)能減排、降低造價及縮短工期創(chuàng)造優(yōu)勢。未來，隨著相關(guān)技術(shù)的進一步完善和經(jīng)驗的不斷積累，該技術(shù)必將得到更為廣泛的認可和運用。

裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐系統(tǒng)的主要構(gòu)件采用標準化構(gòu)件，可根據(jù)需要靈活組裝和重復(fù)使用，減少了資源的浪費，既符合節(jié)能減排的大趨勢，又能適當降低工程造價；構(gòu)件的工廠化加工保證了產(chǎn)品精度和質(zhì)量；無需混凝土的澆筑、養(yǎng)護和爆破，縮短了工期；魚腹式結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)縱橫交錯的密集支撐，能夠形成較大的有效施工和挖土空間，方便施工；鋼結(jié)構(gòu)支撐體系采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，通過科學(xué)的計算，能采取有效的技術(shù)措施，有針對性地對預(yù)應(yīng)力的大小進行調(diào)整，進而可以有效控制周邊土體的位移與變形量，還可以有效預(yù)防基坑坑壁的水平位移問題，從而能夠提高基坑施工質(zhì)量[1]；從安全性角度分析，該工法也有著明顯的優(yōu)勢，其損壞前會出現(xiàn)十分明顯的預(yù)兆，因此，一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況，可以根據(jù)預(yù)兆提前做好準備，并采取有效的解決對策，將損失降到最低[2]。

本文中的深基坑工程（以下簡稱“本項目”）采用魚腹式支撐系統(tǒng)并已順利完成基坑施工，筆者作為該項目的現(xiàn)場管理者，結(jié)合所經(jīng)歷的項目實施過程，針對施工過程中可能影響質(zhì)量、安全的主要問題及關(guān)鍵節(jié)點控制進行分析，對提高施工工藝和關(guān)鍵控制等環(huán)節(jié)進行重點研究，總結(jié)了一些措施和心得，供同行交流。

1 工程概況

1.1 項目基本情況

本項目為工業(yè)廠房，位于上海市浦東新區(qū)外高橋區(qū)域。建筑采用裝配式建造方式，建筑單體預(yù)制率為40.01%。總建筑面積為60 000 m2，其中地上建筑面積48 800 m2，地下建筑面積11 200 m2；地下室為二層，地下一層樓板結(jié)構(gòu)面相對標高普遍為－7.250 m，底板結(jié)構(gòu)面相對標高普遍為－12.750 m，筏板厚900 mm，墊層厚200 mm，考慮到貼邊承臺深度，基坑平均開挖深度為－12.85 m，局部深坑1.5 m/3.0 m。

1.2 基坑及圍護支撐情況

基坑開挖面積約6 110 m2，周長約322 m。安全等級為一級，環(huán)境等級為二級。

施工采用順作法，圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁＋三軸止水帷幕＋三道水平支撐的圍護形式。第一道為鋼筋混凝土支撐棧橋，第二、第三道為魚腹式鋼支撐；坑內(nèi)被動土加固和局部落身區(qū)加固采用雙軸攪拌樁、高壓旋噴樁和壓密注漿相結(jié)合的形式。基坑降水采用真空深井降水。

周邊圍護體系：灌注樁直徑為1 000 mm/1 100 mm/1 200 mm，凈間距均為200 mm；采用φ850 mm@600的三軸水泥土攪拌樁，套接一孔施工，水泥摻量為20%。

內(nèi)支撐體系：考慮到基坑周邊環(huán)境特點和開挖深度，內(nèi)支撐采用“東西向?qū)危菗巍钡牟贾眯问?，設(shè)置三道水平內(nèi)支撐。水平內(nèi)支撐參數(shù)，如表1所示。

表 1 水平內(nèi)支撐參數(shù)表

1.3 鋼支撐工程情況

鋼結(jié)構(gòu)角撐最大跨度為42.25 m，魚腹梁形式為SS400-20 m，最大跨度為20 m。構(gòu)件之間均采用10.9級高強螺栓螺母（M24×80 mm）連接；工具式組合內(nèi)支撐（材質(zhì)均為Q345B）采用固定工廠加工定制的標準件進行現(xiàn)場安裝；牛腿材料為角鋼L90 mm×90 mm×10 mm，現(xiàn)場焊接。

鋼支撐施工穿插在土方開挖及結(jié)構(gòu)施工中，由于施工場地狹小、場地布置緊張及施工組織協(xié)調(diào)難度較大等原因，應(yīng)積極與土方施工及其他分包單位配合。鋼支撐施工質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力控制和基坑形變監(jiān)測是關(guān)系到基坑質(zhì)量和安全的關(guān)鍵。

2 施工準備工作

2.1 施工方案審批要點

施工準備過程中，應(yīng)重點審核方案能否滿足設(shè)計文件要求及其可行性：是否達到基坑施工總體目標和進度要求；場地布置是否合理；施工流程和作業(yè)順序是否有利于流水作業(yè)；組織措施和人員配置是否滿足施工和管理需要；質(zhì)量保障體系是否完善；材料和設(shè)備是否經(jīng)過嚴格把關(guān)和合理調(diào)配；是否充分考慮與總包和其他專業(yè)分包單位的配合；是否對施工過程中的風(fēng)險因素進行過充分識別與評估，并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施；是否具有明確的安全文明生產(chǎn)目標及保證體系等。

2.2 材料、設(shè)備管理重點

施工準備過程中，應(yīng)注意審核主要材料生產(chǎn)供應(yīng)計劃。嚴格驗收進場材料，按規(guī)程要求逐一檢查預(yù)制鋼構(gòu)件是否有出廠合格證。構(gòu)件應(yīng)按吊裝順序進行堆放，吊裝前按圖紙查點復(fù)核構(gòu)件。構(gòu)件堆放底層應(yīng)鋪墊無油枕木，各層構(gòu)件的支點須在同一垂直線上，以防鋼構(gòu)件被壓壞或變形；連接使用的摩擦型高強度螺栓副進場時，應(yīng)提供批量檢測證明書和出廠檢驗報告，每批進場的螺栓副應(yīng)抽取8套進行復(fù)試[3]；鋼絞線應(yīng)每20盤中任取3盤、每盤中截取一段作拉伸試驗，合格后方可使用。對有缺陷的構(gòu)件和不合格材料作退場處理。

大型設(shè)備進場時間應(yīng)配合施工計劃，入場應(yīng)提供證書、檢驗報告等資料；儀器、儀表等應(yīng)在標定有效期內(nèi)。

2.3 人員和技術(shù)、安全交底

應(yīng)確定施工單位管理和專業(yè)技術(shù)人員到位，特種作業(yè)人員持證上崗；督促施工單位認真做好施工前技術(shù)交底和安全交底工作；復(fù)核安裝定位使用的軸線控制點和測量標高的基準點；做好施工用電準備等工作；等等。

3 施工控制要點

遵循“豎向分層，縱向分段，中部拉槽”及“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的總體原則，鋼支撐施工過程中應(yīng)配合完成基坑施工總體目標。

施工過程中應(yīng)加強現(xiàn)場管理，嚴格按批準的施工方案施工。施工流程，如圖1所示。

3.1 立柱樁施工

本項目采用格構(gòu)柱立柱，已在樁基階段施工完成。鋼支撐安裝前，應(yīng)對立柱定位軸線的間距進行測量、復(fù)核，滿足安裝條件后辦理工作面移交。

3.2 牛腿施工

牛腿的位置與標高應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙確定，牛腿施工的關(guān)鍵是保證同一層的圍檁中心線處于同一個水平面，中心線高差不得超過±20 mm。

圖 1 施工流程圖

牛腿通過焊接與灌注樁的主筋相連，須保證三處焊接部位牢固可靠，依據(jù)GB 50661—2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》進行現(xiàn)場檢查。橫杠長度及水平度須滿足使用要求，在這個過程中須有測量技術(shù)員全程對牛腿的垂直度、標高、水平度等進行監(jiān)控，對不符合要求的應(yīng)馬上進行整改，保證質(zhì)量。

3.3 圍檁定位

為保證外側(cè)圍護結(jié)構(gòu)受力均勻，應(yīng)確保圍檁的每一邊都處于一條直線。采用全站儀確定基坑相鄰兩個轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)的基準點，通過基準點拉一條直線，通過該線使用掛墜確定每一條牛腿上的圍檁的安裝中心。實際安裝軸線中心水平偏差不得超過±20 mm。

3.4 圍檁安裝

圍檁安裝遵循“先長后短，減少接頭數(shù)”的原則，盡量使用標準節(jié)構(gòu)件。接頭處應(yīng)盡量避開彎矩較大的位置，接頭處可采用加勁肋增加強度。

圍檁逐段吊裝于牛腿支架上，使用摩擦型高強螺栓緊固連接。

圍檁施工質(zhì)量驗收堅持“過程驗收為主，完工驗收為輔”的原則，實行施工一個即驗收一個的方法，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題后，必須經(jīng)過處理才能進入下一個施工步驟。

拼接的整個鋼圍檁體系必須確保雙榀或多榀型鋼構(gòu)件形成整體、共同受力?；愚D(zhuǎn)角處，兩個方向的圍檁端頭必須緊貼轉(zhuǎn)角（著實受力），應(yīng)采取有效的措施保證相鄰不同方向的圍檁有效連接。

3.5 托座與支撐梁安裝

托座件安裝前應(yīng)確定其水平標高，通過角撐、對撐及魚腹梁的定位標高反推其頂面水平標高，托座的安裝誤差不超過±5 mm。

安裝托座件時，要嚴格控制垂直度，須有測量人員實時監(jiān)測，如立柱樁發(fā)生偏位，托座可采用加墊鋼板等措施以達到垂直要求。托座與立柱之間采用焊接，連接焊縫應(yīng)飽滿，焊腳高度≥8 mm，托座與支撐梁采用摩擦型高強螺栓連接。

3.6 角撐、對撐的安裝

角撐與圍檁之間有夾角，不易直接安裝并施加預(yù)應(yīng)力。本項目角撐在地面進行預(yù)拼接，完成后須檢查其順直度，拼接支撐的兩頭中心線的偏差度控制在±3 mm之內(nèi)，檢查合格后再整體吊裝就位。

角撐、對撐的預(yù)拼過程中，各構(gòu)件、專用千斤頂?shù)韧ㄟ^高強度螺栓連接牢固。支撐橫梁與型鋼構(gòu)件采用抱箍固定方式，平行的型鋼構(gòu)件采用鋼蓋板連接作加強措施，增加支撐的水平穩(wěn)定性。角撐、對撐整體撓曲度允許值為跨度的1/1 000。

3.7 魚腹梁安裝

本項目使用的魚腹梁為SS400-20 m型。

魚腹梁在地面進行預(yù)拼，螺栓緊固務(wù)必達到設(shè)計及規(guī)范要求。安裝用千斤頂、油表和其他儀表必須在有效標定期內(nèi)。魚腹梁預(yù)拼完成后整體起吊擺放在支撐牛腿上。

張拉施工前，施工現(xiàn)場應(yīng)具備確保全體操作人員和設(shè)備安全的必要預(yù)防措施。實施張拉時，必須使張拉千斤頂?shù)淖饔镁€與鋼絞線的軸線重合一致。鋼絞線張拉須按順序逐根進行，考慮到鋼絞線之間摩阻力的影響，每層分別分三次張拉，第一次張拉達到設(shè)計值的20%，第二次達到設(shè)計值的70%，第三次達到設(shè)計值的100%。鋼絞線與錨盤孔應(yīng)先編號后安裝，魚腹梁預(yù)應(yīng)力施加時，須先張拉橋架底部和錨具頂部的鋼絞線，后張拉橋架頂部和錨具底部的鋼絞線。

3.8 T型傳力件安裝

施工預(yù)應(yīng)力前，必須進行整個支撐體系T型傳力件的安裝工作。傳力件與灌注樁采用焊接連接，焊接質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)范要求。

傳力件的設(shè)置數(shù)量不得少于設(shè)計圖紙的要求，根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)保證每個鉆孔灌注樁均與傳力件相連。本項目每道鋼支撐均采用雙層鋼構(gòu)件，可采用上下兩層交錯形式，以保證圍護壓力均勻且有效傳遞。

3.9 預(yù)應(yīng)力施加

施加預(yù)應(yīng)力時應(yīng)按方案中確定的順序及要求進行：檢查各部件螺栓的連接是否緊固，圍檁與圍護體系的連接狀態(tài)；角撐、對撐加壓；鋼絞線張拉。

預(yù) 應(yīng) 力 施 加 原 則：分 區(qū)、分 級、循 環(huán)。本項目采用四級循環(huán)加壓，其中鋼絞線分別按預(yù)緊→50%→70%→115%設(shè)計值加壓，對應(yīng)支撐分別按設(shè)計值的30%→50%→80%→110%加壓。

施加過程中應(yīng)做好監(jiān)測和記錄，前一級施壓完成后，須等待一段時間，等系統(tǒng)穩(wěn)定后才能進行下一級施壓。

4 系統(tǒng)監(jiān)測及分析

本項目基坑監(jiān)測與支撐系統(tǒng)的變形監(jiān)測同步進行，過程中連續(xù)監(jiān)測直至基坑開挖結(jié)束結(jié)構(gòu)混凝土達到預(yù)定強度。支撐系統(tǒng)主要監(jiān)測情況及分析如下。

4.1 構(gòu)件軸力監(jiān)測

將應(yīng)變計直接布置于裝配式鋼支撐構(gòu)件的主要受力點，通過傳導(dǎo)電纜線將變形應(yīng)力進行集成，監(jiān)測頻率正常情況下為1次/d～2次/d，異常情況下3次/d～6次/d。

4.2 鋼絞線軸力監(jiān)測

每個魚腹梁均應(yīng)布置鋼絞線拉力監(jiān)測點，鋼絞線拉力監(jiān)測宜使用錨索計進行量測。

4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本項目每邊設(shè)置2個測斜點，整體共8個測斜點，其中南側(cè)和東側(cè)變形較大，最大值為47.15 mm，最大值深度均在基坑底部附近。稍稍超出報警值（40 mm），但經(jīng)復(fù)核計算，仍在安全可控范圍內(nèi)。

圍護樁樁頂垂直位移呈上抬趨勢，隨基坑挖深加大而增長，在混凝土底板澆筑完成之間達到峰值，底板澆筑后期數(shù)據(jù)慢慢趨于穩(wěn)定；最大位移值為9.7 mm，低于報警值（10 mm）。水平位移變化數(shù)據(jù)都較小，變化規(guī)律不明顯，最大位移值2.0 mm，低于報警值（10 mm）。

支撐受力隨著基坑土方開挖不斷增大，底板澆筑后變化慢慢趨于穩(wěn)定。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，本項目施工過程中引起的周邊地表變形值較大，變形規(guī)律和變形值基本一致，地表沉降與其他軟土基坑地表沉降表現(xiàn)出相同規(guī)律，在第一道支撐拆除后趨于穩(wěn)定，在此之前，變形處于持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。

通過上述對軸力、測斜及地表沉降、坑外水位、管線等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析可得，預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐對于控制基坑變形、確?；影踩强煽康模┕ぶ型ㄟ^工序調(diào)整，有效控制了其變形速率。

5 支撐的拆除

鋼支撐拆除必須提前制訂專項拆除方案。當?shù)装?、中層板及換撐傳力帶強度達到設(shè)計強度后方可分區(qū)域進行拆除。首先卸載拆除區(qū)域的預(yù)應(yīng)力和支撐軸力，等系統(tǒng)穩(wěn)定后按與安裝相反的順序拆除構(gòu)件與圍檁。拆除過程中要增加基坑本體及周邊環(huán)境變形的監(jiān)測頻率，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整拆除區(qū)域和長度。

6 施工難點和管控重點

6.1 技術(shù)要求高，施工和管理人員缺乏

預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐作為一種新型的基坑圍護技術(shù)，專業(yè)性強，對管理和施工要求更高，而國內(nèi)采用這項技術(shù)的項目還不多，缺乏有經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍和技術(shù)管理人才，相關(guān)的技術(shù)文獻也不足，一定程度上會影響其推廣。

6.2 充分的施工準備

組合式支撐技術(shù)采用工廠化、模塊化的形式，能大幅提高產(chǎn)品精度和施工效率，但前提是具有周密的計劃和完善的組織、技術(shù)措施。只有提前做好從方案的制定、構(gòu)件生產(chǎn)、運輸計劃和場地管理到施工所需的設(shè)備、工具和儀器的配置等各種準備工作，同時預(yù)先分析各種風(fēng)險，制定好相應(yīng)的應(yīng)急方案，才能最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢，保證施工質(zhì)量和安全生產(chǎn)。

6.3 嚴控施工質(zhì)量

魚腹式鋼支撐系統(tǒng)的施工質(zhì)量，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和基坑安全。新的技術(shù)對施工的工藝和精度提出了更高的要求。加強現(xiàn)場管理是解決問題的關(guān)鍵：從定位放線到支架的安裝焊接和構(gòu)件的拼接、吊裝、緊固，再到預(yù)應(yīng)力的施加和調(diào)整，必須嚴格按批準的施工方案實施；強化現(xiàn)場監(jiān)督和驗收，從材料、構(gòu)配件的進場到各施工工序，必須符合設(shè)計文件和相關(guān)的規(guī)范、技術(shù)規(guī)程的要求，對每個步驟進行驗收，確保整個系統(tǒng)的施工質(zhì)量。在目前缺乏熟練的專業(yè)施工人員的情況下，采取這樣的措施是必要和有效的。

6.4 預(yù)應(yīng)力的施加和卸載

預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐技術(shù)的顯著優(yōu)勢之一，是通過預(yù)先施加應(yīng)力，逐步抵消基坑開挖后產(chǎn)生的向坑內(nèi)壓力，能夠有效地降低基坑的形變?？刂坪妙A(yù)應(yīng)力的施加和調(diào)整是控制基坑變形的有力保證。

施加應(yīng)力必須遵循分級和循環(huán)的原則，從對撐（角撐）到魚腹梁的順序按設(shè)計值分級加壓，并做好記錄，等系統(tǒng)穩(wěn)定后再進行下一級加壓。隨著支撐預(yù)應(yīng)力的施加，相鄰的已經(jīng)安裝好的支撐應(yīng)力可能會減少，故可根據(jù)設(shè)計要求復(fù)加預(yù)應(yīng)力。鋼絞線必須對稱安裝，采用分批張拉的方式（為避免鋼絞線間摩擦力的影響，可考慮15%的超張拉力）逐根進行，一定要形成整體并均勻受力。同時應(yīng)另預(yù)留設(shè)計數(shù)量10%的鋼絞線作為安全儲備。

符合拆除條件方可拆支撐。拆除須先卸載軸力和張拉力，防止應(yīng)力突然消失而影響基坑穩(wěn)定。卸載應(yīng)力也應(yīng)分級進行，且在安全卸載后須對基坑變形情況觀察4 h～5 h，等穩(wěn)定后再拆除支撐構(gòu)件。

6.5 支撐軸力的監(jiān)控和調(diào)整

通過對軸力的監(jiān)測，適時調(diào)整鋼支撐的應(yīng)力，可有效控制基坑變形。結(jié)合基坑監(jiān)測，采用全自動監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)基坑安全關(guān)鍵部位監(jiān)測點的數(shù)據(jù)自動采集、存儲、發(fā)送、處理、預(yù)警與整改通知的遠程化、網(wǎng)絡(luò)化運行。

對撐、角撐的監(jiān)測點布置在軸力較大或在整個支撐系統(tǒng)中起控制作用的位置，監(jiān)測斷面選擇在離支撐加壓端5 m范圍外部位，并避開接頭位置；圍檁的監(jiān)測點應(yīng)布置在魚腹梁區(qū)域內(nèi)的腰梁上，且在魚腹梁的端部和中部分別布置；鋼絞線的監(jiān)測點布置在錨頭位置。

高強螺栓連接副組裝時，注意螺栓穿入方向應(yīng)一致，螺栓的墊圈應(yīng)裝在螺母一側(cè)，墊圈孔有倒角的一側(cè)應(yīng)和螺母接觸。高強螺栓緊固分初擰和終擰，應(yīng)從螺栓群中間向四周對稱、擴散式進行緊固，初擰與終擰須在同一天內(nèi)完成。

6.6 施工中應(yīng)控制好的細節(jié)

預(yù)應(yīng)力專用千斤頂?shù)氖宙i扣須設(shè)置在前后加壓橫梁正中間，前后各留三絲的余地，便于支撐拆卸時預(yù)應(yīng)力卸除。如空隙過大，可采用合適的鋼板墊片調(diào)整。

調(diào)整連接件的孔位偏差應(yīng)采用絞孔方式，為防止擴孔過大影響構(gòu)件強度，修孔后孔徑不得大于原孔2 mm。高強度螺栓宜采用專用工具進行緊固，按照正確的擰緊順序分兩次擰緊。

預(yù)應(yīng)力筋切割必須采用砂輪機切斷，不得使用氧氣、乙炔切割和電焊切斷，以免燒傷預(yù)應(yīng)力筋。

7 項目總結(jié)

本項目第二、第三道支撐采用預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐，順利完成了基坑的支護工作，有效地保障了基坑施工的順利完成，目前項目已封頂，基坑已回填；與傳統(tǒng)的混凝土支撐相比，為項目節(jié)成本30%以上，工期縮短30 d左右，充分體現(xiàn)了該項技術(shù)的優(yōu)勢、

通過對主要構(gòu)件和材料的回收，實現(xiàn)了項目的節(jié)能減排。保守估計，項目基坑施工節(jié)約材料如下：鋼筋約270 t，水泥約750 t，黃砂約1 450 t，石子約2 250 t。僅考慮鋼筋、水泥兩項目，就可減少二氧化碳排放量1 390 t（按生產(chǎn)1 t鋼需耗煤2.3 t、產(chǎn)生二氧化碳4.6 t；生產(chǎn)1 t水泥需耗煤0.1 t、產(chǎn)生二氧化碳0.2 t計），相應(yīng)地還避免了產(chǎn)生建筑垃圾，產(chǎn)生了較大的環(huán)保效益。

8 結(jié) 語

與傳統(tǒng)混凝土內(nèi)支撐的脆性破壞模式相比，預(yù)應(yīng)力魚腹式基坑鋼支撐的破壞模式為延性破壞，基坑的安全性更高；通過施加預(yù)應(yīng)力，以一種“主動”的形式，提高了支撐體系的整體剛度和穩(wěn)定性；結(jié)合遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)，有效和精確地控制基坑位移，大幅減小了基坑的變形；同時帶來了降低成本、縮短工期及方便基坑作業(yè)等優(yōu)勢，具有技術(shù)先進性和較大的綜合效益。