裝配式型鋼支撐在水運(yùn)工程中的應(yīng)用

許鋒，錢(qián)大心

（1.安徽省中興工程監(jiān)理有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

滁河汊河船閘位于安徽省滁州市來(lái)安縣汊河鎮(zhèn)，在拆除原報(bào)廢老船閘后原址重建。項(xiàng)目按Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，閘室尺度為200 m×23 m×4 m(長(zhǎng)×寬×最小門(mén)檻水深)，設(shè)計(jì)船型為500噸級(jí)兼顧1000噸級(jí)船舶。工程范圍包括船閘主體、引航道、跨閘橋、魚(yú)道、停泊區(qū)及生產(chǎn)、生活輔助設(shè)施等。

在船閘基坑開(kāi)挖過(guò)程中兩側(cè)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大位移，為解決險(xiǎn)情，確保深基坑兩岸民房、滁河大堤和施工安全，該工程采用了裝配式型鋼支撐進(jìn)行支護(hù)加固，鋼支撐布置分閘室、上下閘首、下游導(dǎo)航墻3個(gè)區(qū)域。其中閘室、閘首布置2道鋼支撐，下游導(dǎo)航墻布置1道鋼支撐。基坑?xùn)|西向呈長(zhǎng)條形，長(zhǎng)度約425 m，南北向?qū)挾龋▏o(hù)樁間凈距）約33.8 m～58.6 m，基坑北側(cè)是來(lái)安縣汊河鎮(zhèn)老街民房，圍護(hù)樁距離民房?jī)艟嗉s15.0 m～45.0 m；基坑南側(cè)為江蘇省滁河大堤，河堤頂距離圍護(hù)樁凈距約15.0 m～50.0 m，河堤外側(cè)是南京浦口區(qū)民房；基坑?xùn)|側(cè)及西側(cè)為滁河河道，施工期間下游設(shè)置臨時(shí)鋼板樁圍堰、上游土圍堰。本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)深度為15.0 m～19.3 m，為臨時(shí)性工程。

2 結(jié)構(gòu)組成

裝配式型鋼支撐體系由H型鋼圍檁、H型鋼支撐、H型鋼托梁、連桿、八字撐、液壓千斤頂、牛腿等組成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝配、螺栓連接節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行施工。型鋼圍檁、型鋼支撐、連桿、八字撐采用H400×400×13×21H 型鋼制作，型鋼托梁采用 H300×300×10×15H 型鋼制作，鋼圍檁牛腿采用600 mm180×180×16角鋼制作，立柱牛腿采用500 mm140×140×14角鋼制作，固結(jié)采用8.8級(jí)22 mm×70 mm 與10.9級(jí) 22 mm×80 mm高強(qiáng)螺栓。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

鋼立柱安裝（含樁基）→第一道（頂層）支撐安裝→一層土方開(kāi)挖→安裝第二道支撐→二層土方開(kāi)挖→底板施工并養(yǎng)護(hù)、墻后回填→拆除第二道鋼支撐→邊墩及墻身施工、墻后回填→拆除第一道支撐。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)配置

①支撐材料采用卡車(chē)直接運(yùn)入基坑安裝區(qū)域，由吊車(chē)將支撐鋼材吊入基坑內(nèi)。

②采用汽車(chē)吊在基坑內(nèi)進(jìn)行鋼支撐現(xiàn)場(chǎng)施工吊裝。

③汽車(chē)吊需布置在基坑中部的適中空地區(qū)域，以方便吊裝作業(yè)。

④鋼支撐材料的進(jìn)場(chǎng)節(jié)奏安排根據(jù)施工安裝速度隨時(shí)調(diào)整。

3.3 支撐安裝

①所有鋼支撐材料及相關(guān)鋼構(gòu)件均在工廠預(yù)先定制，施工前現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)幾何尺寸和外觀，經(jīng)監(jiān)理單位驗(yàn)收合格后予以使用。

②鋼支撐安裝時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用成品爬梯（采用腳手架搭設(shè)）。安裝第一層鋼支撐時(shí)，兩側(cè)連系梁上搭設(shè)支架，支架之間設(shè)置安全繩，施工人員施工前佩戴安全帶，施工時(shí)將安全帶掛在安全繩上。施工人員施工時(shí)自?xún)蓚?cè)連系梁下至鋼支撐頂部（連系梁頂至鋼支撐頂0.4 m）進(jìn)行鋼支撐連接螺栓的安裝。安裝第二層鋼支撐時(shí)，施工人員在開(kāi)挖基面進(jìn)行施工（開(kāi)挖基面-0.4 m，第二層鋼支撐頂0.6 m，高差1 m）。

③型鋼支撐的安裝遵循先主要構(gòu)件，后次要構(gòu)件的原則，按圍檁、立柱、鋼托梁和型鋼支撐的順序進(jìn)行，盡快形成封閉受力體系并施加預(yù)應(yīng)力。

④在混凝土圈梁上的預(yù)埋構(gòu)件上焊接擱置鋼支撐的托架，同時(shí)在基坑中的鋼立柱上測(cè)出托架的標(biāo)高線；在鋼立柱上焊接140×140×14的角鋼作擱置鋼支撐橫梁的托架。

⑤立柱托架角鋼（140×140×14）安裝完成后，根據(jù)圖紙長(zhǎng)度下料，將橫梁吊放于立柱托架上，確定位置后托架與橫梁間采用角鐵進(jìn)行限位，防止碰撞掉落。

⑥鋼支撐架設(shè)前，先在場(chǎng)內(nèi)預(yù)拼，按設(shè)計(jì)施工圖的布置間距，在鋼圍檁上定出支撐中心點(diǎn)位，以中心的水平線為基準(zhǔn)吊裝鋼支撐，用汽車(chē)吊將配置好的鋼支撐型鋼吊放就位。

⑦將擱置就位的型鋼全長(zhǎng)貫通，進(jìn)行拼裝，拼裝完成后直接吊裝安裝，鋼支撐安裝完成后采用角鋼緊固件進(jìn)行限位連接。

3.4 預(yù)應(yīng)力施加

鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力的程序及數(shù)值應(yīng)符合設(shè)計(jì)及專(zhuān)項(xiàng)施工方案要求。

鋼支撐安裝完成形成封閉體系后，按照設(shè)計(jì)要求分級(jí)施加支撐的預(yù)應(yīng)力，預(yù)加軸力分三級(jí)進(jìn)行，第一級(jí)在安裝結(jié)束達(dá)到施加條件直接施加至預(yù)加軸力的100%（第一道支撐施加預(yù)應(yīng)力200kN，第二道支撐施加預(yù)應(yīng)力400kN），第二級(jí)在第一級(jí)施加結(jié)束后24h施加，第三級(jí)在挖土后24h施加，據(jù)此補(bǔ)償損失的軸力。

鋼支撐施加和控制預(yù)應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：

①千斤頂應(yīng)配備標(biāo)定可靠、準(zhǔn)確的計(jì)量監(jiān)測(cè)裝置，自鎖裝置；

②鋼支撐安裝完畢后待與冠梁接觸處填充混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)方可施加預(yù)應(yīng)力；

③預(yù)應(yīng)力施加時(shí)，千斤頂壓力的合力點(diǎn)應(yīng)與鋼支撐梁軸線重合，同一組鋼支撐中千斤頂應(yīng)對(duì)稱(chēng)、等距放置，且應(yīng)同步施加預(yù)應(yīng)力；

④施加預(yù)應(yīng)力過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)焊點(diǎn)開(kāi)裂、螺栓松動(dòng)、局部彎曲等異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止加壓并卸除壓力，待對(duì)支撐的薄弱處加固后方可繼續(xù)施加預(yù)應(yīng)力；

⑤預(yù)應(yīng)力施加后會(huì)出現(xiàn)不同程度的損失，當(dāng)支撐出現(xiàn)壓力損失時(shí)，應(yīng)再次施加預(yù)應(yīng)力；

⑥高溫或低溫施工期間應(yīng)根據(jù)溫度變化及巡檢情況加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力減少或增加后，及時(shí)通過(guò)千斤頂進(jìn)行補(bǔ)償以調(diào)整預(yù)應(yīng)力。

3.5 實(shí)施方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本項(xiàng)目對(duì)閘首、閘室段分兩次施工，鋼支撐材料周轉(zhuǎn)使用一次。先施工下閘首及相鄰的一半閘室，待所支撐的下閘首及閘室底板完成回填結(jié)束后，拆除第二道支撐，隨后開(kāi)始對(duì)上閘首及剩余的一半閘室進(jìn)行支撐施工。兩次支撐區(qū)域結(jié)合部位于6#閘室，該位置在第一次支撐區(qū)域進(jìn)行支撐用于放坡。

為便于統(tǒng)籌鋼支撐的周轉(zhuǎn)，事先對(duì)鋼支撐進(jìn)行編號(hào)，鑒于兩層鋼支撐除下游導(dǎo)航墻處不同外，閘首、閘室位置鋼支撐配置、尺寸均相同。從上閘首始至下游導(dǎo)航墻止（第二層至下閘首），鋼支撐以一品作為一個(gè)編號(hào)，第一層鋼支撐編號(hào)為1-1、1-2…1-28，第二層鋼支撐編號(hào)2-1、2-2…2-20。

施工時(shí)，第一層鋼支撐從1-11向1-26安裝，由于設(shè)計(jì)要求靠近下游圍堰導(dǎo)航墻最后施工，1-27、1-28鋼支撐留置導(dǎo)航墻施工前最后進(jìn)行安裝。第二層鋼支撐從2-11向2-20安裝。

根據(jù)船閘主體結(jié)構(gòu)物施工順序，合理安排鋼支撐周轉(zhuǎn)：7#、8#閘室底板施工完成后將 2-12、2-13、2-14拆除后安裝至 1-8、1-9、1-10；9#、10# 閘室底板施工完成后將2-15、21-16、2-17拆除后安裝至 1-5、1-6、1-7，多余的材料留存后用于1-1安裝；下閘首及11#閘室底板施工完成后將2-18、2-19、2-20拆除后安裝至1-2、1-3、1-4。閘室第一層墻身、下閘首廊道施工完成后材料周轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系與上述類(lèi)同?？紤]到上閘首1-1、2-1鋼支撐鋼支撐間距及長(zhǎng)度不同，上閘首1-1和2-1鋼支撐另配材料進(jìn)行支撐安裝。

圖2 維護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移-時(shí)間-安徽側(cè)

4 控制要點(diǎn)

①鋼構(gòu)件外觀應(yīng)無(wú)明顯彎曲變形，翼緣板、端部邊緣平直。翼緣表面和腹板表面不應(yīng)有明顯的凹凸面、損傷和劃痕，以及焊瘤、油污、泥沙及毛刺等。

②安裝前，鋼支撐應(yīng)對(duì)構(gòu)件的外形尺寸、螺栓孔位置及直徑、連接件位置、焊縫、摩擦處理、防腐涂層等進(jìn)行詳細(xì)檢查，對(duì)構(gòu)件的變形、缺陷，應(yīng)在地面進(jìn)行矯正、修復(fù)、替換，合格后方可安裝。

③安裝前應(yīng)對(duì)基坑的定位軸線、基礎(chǔ)、圍檁、立柱軸線和標(biāo)高進(jìn)行檢查，并應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，存在交叉作業(yè)時(shí)，應(yīng)同其他工種做好交接驗(yàn)收。

④在安裝過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)和施工工況要求，確保立柱、支撐等結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必要時(shí)，應(yīng)采取臨時(shí)支撐或臨時(shí)加固措施。

支撐結(jié)構(gòu)安裝允許偏差

⑤夏季施工會(huì)產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力，應(yīng)及時(shí)對(duì)支撐采取降溫措施；冬季施工會(huì)產(chǎn)生冷縮使支撐端頭出現(xiàn)空隙，應(yīng)及時(shí)用鋼板將空隙楔緊或采取其它可靠連接措施。

⑥支撐結(jié)構(gòu)安裝允許偏差不應(yīng)超過(guò)下表的規(guī)定。

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

裝配式型鋼支撐相較其他傳統(tǒng)支撐工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①高效快捷、省時(shí)省力。所有構(gòu)件均為工廠模塊化加工的標(biāo)準(zhǔn)件，滿(mǎn)足各種長(zhǎng)度及角度要求，現(xiàn)場(chǎng)拼裝簡(jiǎn)便且無(wú)需養(yǎng)護(hù)，安裝后即可進(jìn)行下道工序施工。

②循環(huán)使用、降本增效。裝配式鋼支撐構(gòu)件體系完備，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)切割，使用損耗率極低，可多次重復(fù)使用，使用壽命高達(dá)20年以上，綜合成本較傳統(tǒng)鋼支撐及混凝土支撐相比優(yōu)勢(shì)巨大。

③安全可靠、技術(shù)領(lǐng)先。強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件結(jié)構(gòu)安全可靠，采用高強(qiáng)度螺栓連接，較傳統(tǒng)鋼支撐現(xiàn)場(chǎng)焊接及混凝土支撐質(zhì)量更有保障，配套采用液壓千斤頂及其應(yīng)力伺服系統(tǒng)可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)償。

④綠色環(huán)保、節(jié)能減排。裝配式鋼支撐均為可回收周轉(zhuǎn)性材料，與傳統(tǒng)混凝土支撐相比，可大量減少不可回收資源的投入和建筑垃圾的產(chǎn)生，改善施工環(huán)境，造福子孫后代。

6 結(jié)論

裝配式型鋼支撐在水運(yùn)工程中的應(yīng)用解決了水運(yùn)工程施工增設(shè)內(nèi)支撐的難點(diǎn)，為深基坑土方開(kāi)挖及基礎(chǔ)施工提供了安全保障，解決了工程前期因無(wú)內(nèi)支撐造成開(kāi)挖的難題，可為今后水運(yùn)工程船閘及碼頭深基坑開(kāi)挖增添一種良好的實(shí)施手段與技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為鋼支撐支護(hù)的應(yīng)用開(kāi)拓了新的領(lǐng)域。