預(yù)應(yīng)力魚腹式梁結(jié)構(gòu)在基坑支護(hù)中的應(yīng)用

中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司華東分公司 上海 201103

1 預(yù)應(yīng)力魚腹式梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介[1-5]

預(yù)應(yīng)力魚腹式梁結(jié)構(gòu)由型鋼梁、鋼絞線組成，其跨度可以達(dá)到60 m以上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖可知在基坑側(cè)壓力作用下，預(yù)應(yīng)力魚腹式梁圍檁結(jié)構(gòu)將向基坑內(nèi)變形，通過(guò)對(duì)鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，從而使魚腹式梁支撐桿件產(chǎn)生一個(gè)反作用力，使作用在魚腹式梁圍檁上的彎矩相應(yīng)的減少，從而降低魚腹式梁的彎曲變形量，即使預(yù)應(yīng)力魚腹式梁產(chǎn)生了較大抗彎剛度。將預(yù)應(yīng)力魚腹式梁通過(guò)專用結(jié)點(diǎn)與角撐或?qū)瘟航Y(jié)構(gòu)合在一起，便組成了預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)。

圖1 預(yù)應(yīng)力魚腹式梁支護(hù)結(jié)構(gòu)

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

連云港工業(yè)展覽中心位于江蘇省連云港市花果山大道東側(cè)、鹽坨西路南側(cè)，基坑開挖面積約13 050 m2，圍護(hù)總長(zhǎng)度約592 m，基坑所處場(chǎng)地平坦，地下管線分布情況不詳。本基坑土±0.00 m相當(dāng)于黃海高程+4.75 m，場(chǎng)地黃海高程約+3.55 m（相當(dāng)于－1.20 m）。底板開挖標(biāo)高為－2.60 m （相當(dāng)于－7.35 m），實(shí)際開挖深度為6.15 m。該處地下水位較高，分布有厚達(dá)10 m的淤泥層，支護(hù)設(shè)計(jì)方案經(jīng)綜合比選后采用預(yù)應(yīng)力PHC管樁+預(yù)應(yīng)力魚腹式梁工具式組合內(nèi)支撐+局部鋼筋混凝土支撐。

本設(shè)計(jì)方案中，該基坑采用1 道預(yù)應(yīng)力魚腹式梁工具式組合內(nèi)支撐工藝，第1道支撐為單拼結(jié)構(gòu)（對(duì)撐最大跨度為47 m，魚腹式梁最大跨度為46 m。構(gòu)件之間均采用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓螺母（M24 mm×80 mm）將托座、支撐梁安裝在型鋼立柱上，對(duì)撐、角撐、魚腹式梁結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力后，使用專用工具擰緊全部連接螺栓；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(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝；牛腿材料為角鋼L90 mm×90 mm×10 mm，由現(xiàn)場(chǎng)焊接。

土方開挖階段遵循“豎向分層、縱向分段、中部拉槽”，“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的總體原則。土方開挖到第1道支撐工作面立即開始安裝第1道工具式鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力，而后再進(jìn)行土方的開挖。

2.2 施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力魚腹式梁工具式組合內(nèi)支撐的拼裝施工工藝見圖2。

2.3 型鋼立柱施工

立柱規(guī)格采用300 mm×300 mm×10 mm×15 mmH型鋼，總長(zhǎng)度12 m，插入坑底以下7.5 m。立柱施工采用機(jī)械手工具直插型鋼法，型鋼插入時(shí)，如未能對(duì)準(zhǔn)樁位，應(yīng)將型鋼拔起重插，若因遇地下障礙物，偏離樁位時(shí)，立即將型鋼拔起，清除地下障礙物，將孔回填后，重新放上型鋼，再次插樁。插型鋼時(shí)要注意型鋼腹式板的方向，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的立柱樁腹式板方向，在現(xiàn)場(chǎng)用一段30 cm的白灰將腹式板方向標(biāo)示出來(lái)，插型鋼時(shí)，使型鋼腹式板和白灰線重合。

圖2 預(yù)應(yīng)力魚腹式梁工具式組合內(nèi)支撐施工工藝流程

2.4 牛腿施工

牛腿的位置與標(biāo)高應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定?；铀闹荛]合邊線上的角鋼牛腿上表面設(shè)置應(yīng)與圍檁H型鋼下表面在同一個(gè)水平面，允許高差不大于±2mm。牛腿焊接前須徹底清理連接部位（如預(yù)埋件、H型鋼等）不小于200 mm×200 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、混凝土殘留物等雜物。焊好的鋼牛腿須保證三處連接部位牢固可靠，有足夠的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)歪扭、虛焊現(xiàn)象；橫杠水平度誤差要控制在2 mm以內(nèi)，且其仰角應(yīng)控制≥90°，且不得超過(guò)95°。

牛腿與圍護(hù)結(jié)構(gòu)既有鋼件對(duì)接過(guò)程中，須有測(cè)量員全程對(duì)牛腿的垂直度、標(biāo)高、水平度等進(jìn)行監(jiān)控（圖3）。

圖3 牛腿、圍檁安裝節(jié)點(diǎn)

2.5 基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置及拉線定位

圍檁安裝之前須確定軸線基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀或者經(jīng)緯儀通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算測(cè)設(shè)基坑相鄰2 個(gè)轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)的基點(diǎn)，通過(guò)該基點(diǎn)采用拉線的方法進(jìn)行平面安裝定位。要求實(shí)際安裝軸線偏差不得超過(guò)±20 mm。定位好之后在牛腿上面作出標(biāo)記以供圍檁安裝位置控制之用。

基坑內(nèi)側(cè)圍檁單邊定位線需滿足在1 條直線這一基本要求，可在施加預(yù)應(yīng)力后保證外側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)均勻受力。

2.6 圍檁安裝

安裝圍檁應(yīng)遵循“先長(zhǎng)后短，減少接頭數(shù)”的原則，優(yōu)先使用較長(zhǎng)圍檁，特別是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)12 m的構(gòu)件，以減少接頭數(shù)。圍檁隨支撐架設(shè)順序逐段吊裝，人工配合吊機(jī)將鋼圍檁安放于牛腿支架上，圍檁就位后應(yīng)檢查鋼牛腿是否因撞擊而松動(dòng)，如有松動(dòng)立即補(bǔ)焊加固。圍檁的連接部位和搭接部位必須滿足強(qiáng)度要求，使用高強(qiáng)螺栓緊固連接。

2.7 托座與支撐梁安裝

托座件的安裝務(wù)必控制其水平標(biāo)高，通過(guò)角撐、對(duì)撐、魚腹式梁的定位標(biāo)高反推其頂面水平標(biāo)高，誤差不得超過(guò)±5 mm；托座上部標(biāo)高=支撐結(jié)構(gòu)中心標(biāo)高（H型鋼規(guī)格的1/2+支撐梁規(guī)格）。

托座件的安裝要求嚴(yán)格控制垂直度，即使H型鋼立柱發(fā)生偏位，托座務(wù)必要通過(guò)加墊鋼板達(dá)到垂直要求。假如立柱的標(biāo)高定位發(fā)生偏差時(shí)，可以用槽鋼代替托座（臨時(shí)調(diào)整方式）與支撐梁進(jìn)行連接，需在支撐梁和原托座上使用氧氣乙炔現(xiàn)場(chǎng)開孔時(shí)，注意控制孔徑大小，避免受力后螺栓出現(xiàn)滑脫；另外，立柱與托座連接螺栓的安裝方向需要保持一致。

安裝后的托座件須與型鋼立柱樁緊固牢靠，摩擦型高強(qiáng)螺栓的扭矩需達(dá)到規(guī)定要求（圖4）。

圖4 立柱托座安裝

預(yù)應(yīng)力施加完成之后，施工人員務(wù)必檢查確保支撐橫梁與角撐、對(duì)撐、魚腹式梁的有效連接；尤其是角撐和對(duì)撐須用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行緊固，以提高預(yù)應(yīng)力支撐體系的整體剛度。

2.8 角撐安裝

角撐與圍檁之間有夾角，不易直接安裝并施加預(yù)應(yīng)力。每道角撐安裝前應(yīng)先在地面進(jìn)行預(yù)拼接并檢查預(yù)拼后支撐的順直度，拼接支撐兩頭（含千斤頂及TO構(gòu)件）中心線的偏心度控制在2 cm之內(nèi)，經(jīng)檢查合格后按部位進(jìn)行整體吊裝就位。

角撐預(yù)拼過(guò)程中，將WA構(gòu)件、專用千斤頂、TO構(gòu)件等通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接牢固，另專用千斤頂?shù)氖宙i扣須設(shè)置在正中間，即前后各留3 絲的余地，以便于拆除時(shí)預(yù)應(yīng)力的卸除。

2.9 魚腹式梁安裝

本工程魚腹式梁按跨度分為14 m、17 m、36 m、46 m這4 種規(guī)格，其安裝工藝基本相同。

魚腹式梁安裝應(yīng)按照設(shè)計(jì)跨度在地面進(jìn)行預(yù)拼，螺栓緊固務(wù)必達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。魚腹式梁預(yù)拼完成后整體起吊擺放在支撐牛腿上，支撐起吊后兩端由人工牽引，確保支撐整體穩(wěn)定。

2.10 對(duì)撐安裝

對(duì)撐安裝應(yīng)在地面進(jìn)行預(yù)拼，嚴(yán)格控制支撐平面的平直度，拼接支撐兩頭中心線的偏心度控制在±2 mm以內(nèi)。對(duì)撐就位時(shí)要采用兩點(diǎn)或四點(diǎn)吊裝，吊點(diǎn)宜控制在離端部0.2L處。

對(duì)撐兩端安裝就位后的標(biāo)高差不大于20 mm及整個(gè)對(duì)撐長(zhǎng)度的1/600。對(duì)撐整體撓曲度控制不大于跨度的1/1 000。

對(duì)撐與對(duì)撐的水平軸線偏差不大于30 mm，其與鋼圍檁的夾角須確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求，避免造成失穩(wěn)。

2.11 預(yù)應(yīng)力施加

裝配式支撐的各構(gòu)件布置完后施加預(yù)應(yīng)力的順序?yàn)椋簷z查各部件螺栓的連接是否緊固，傳力件與圍護(hù)體系的連接狀態(tài)→對(duì)撐加壓→角撐加壓→鋼絞線加壓。

（a）鋼絞線安裝時(shí)要左右對(duì)稱。

（b）張拉鋼絞線時(shí)，檢查張拉部位和連接部位（傳力件焊接處和螺栓連接處）后再行施工。

（c）鋼絞線張拉時(shí)要逐根進(jìn)行，采用分批超張拉的方式，避免部分張拉不到位，一定要形成整體并均勻受力。

（d）鋼絞線的張拉首先張拉30%，收緊鋼絞線，之后張拉70%，穩(wěn)定后再加載至100%荷載，即0→30%（收緊鋼絞線）→70%→115%設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值，以保證整個(gè)魚腹式梁鋼束張拉完畢后滿足設(shè)計(jì)規(guī)定張拉鎖定值（超張拉15%）。按照3 次循環(huán)張拉的原則繼續(xù)張拉中間一層和最上層的鋼絞線。每層張拉結(jié)束后待穩(wěn)定15～20 min后再進(jìn)行下一步驟。

（e）鋼絞線張拉時(shí)鋼絞線的伸長(zhǎng)率、預(yù)應(yīng)力、鋼絞線張拉器以及特殊情況等要記錄并存檔。

2.12 變形監(jiān)測(cè)

工具式支撐系統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)一般與基坑監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有整體相對(duì)水平位移、構(gòu)件軸力變化。具體見圖5。

3 施工注意事項(xiàng)

3.1 鋼圍檁吊裝

鋼圍檁起吊時(shí)鋼柱根部必須墊實(shí)，盡量做到回轉(zhuǎn)扶直，根部不拖，起吊回轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)注意避免同其它已吊好的構(gòu)件或圍護(hù)結(jié)構(gòu)等相碰撞，吊索保持一定的有效高度。

起吊過(guò)程中拉好纜風(fēng)繩，確保順利就位。就位后嚴(yán)格檢查平整度，以求切實(shí)起到傳遞力的作用，盡可能避免偏心。

圖5 魚腹式梁安裝完成情況

3.2 角撐、對(duì)撐及魚腹式梁吊裝

本工程角撐、對(duì)撐和魚腹式梁均采用標(biāo)準(zhǔn)件組合拼裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝采用兩點(diǎn)起吊，就位后先用沖釘將螺栓孔眼卡緊，穿入安裝螺栓，安裝螺栓數(shù)量不得少于螺栓總數(shù)的1/3。嚴(yán)禁直接使用高強(qiáng)螺栓代替安裝螺栓。安裝螺栓時(shí)嚴(yán)禁任意擴(kuò)孔，連接面必須平整。

3.3 支撐體系的保護(hù)

在整個(gè)預(yù)應(yīng)力魚腹式梁工具式組合內(nèi)支撐安裝完成，預(yù)應(yīng)力施加結(jié)束之后，支撐系統(tǒng)的保護(hù)至關(guān)重要。在基坑內(nèi)容易引起施工機(jī)械碰觸的型鋼立柱、魚腹式梁結(jié)構(gòu)、對(duì)撐及角撐上設(shè)置明顯的警示標(biāo)示，另外在出土通道周圍張貼反光警示帶，目的是提示交叉施工單位或者相鄰施工工序的作業(yè)人員重點(diǎn)注意，避免對(duì)支撐系統(tǒng)發(fā)生碰撞和損壞，從而保障整個(gè)支護(hù)體系的穩(wěn)定和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

工程實(shí)踐表明：預(yù)應(yīng)力魚腹式梁支撐結(jié)構(gòu)具有施工速度快、安全和占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，在滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度要求下可最大限度地減少空間占用，降低對(duì)后續(xù)工程的施工影響，且可重復(fù)利用，有著較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。