張弦梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐支護(hù)體系的技術(shù)應(yīng)用

陳建山

(廈門市海滄區(qū)建設(shè)與交通工程質(zhì)量安全站 福建廈門 361026)

0 引言

張弦梁結(jié)構(gòu)(Beam String Structure，簡稱BSS)是一種預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的自平衡結(jié)構(gòu)體系，主要是由上弦(剛性壓彎構(gòu)件)、柔性拉索或鋼拉桿及撐桿等組合而成的混合結(jié)構(gòu)體系，同時也是混合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中的一個成功創(chuàng)造。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，張弦梁結(jié)構(gòu)體系在工程建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在會展中心體、大型體育館、交通樞紐站房等重要基礎(chǔ)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。目前，已有不少學(xué)者對張弦梁的力學(xué)性能及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究[3-5]，然而將其應(yīng)用于支護(hù)結(jié)構(gòu)中的研究還相對較少。本文針對張弦梁具有施工便捷、環(huán)境影響程度低、鋼材可回收利用、穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，將其應(yīng)用于內(nèi)支撐支護(hù)的技術(shù)應(yīng)用中，為工程建設(shè)提供參考。

1 工程概況

擬建項(xiàng)目位于廈門市海滄區(qū)?？偨ㄖ娣e約5萬m2，其中地上建筑面積約3.5萬m2，地下建筑面積約1.5m2。為2棟15層和2棟25層住宅，1棟1層配電房及1處大1層門。結(jié)構(gòu)類型為框架、剪力墻，主樓基礎(chǔ)類型為沖孔灌注樁基礎(chǔ)，地庫為筏板基礎(chǔ)，基坑深度9m，基坑占地面積88 840m2。

基坑采用(沖)鉆孔灌注樁結(jié)合鋼支撐及局部鋼筋混凝土角撐進(jìn)行支護(hù)，樁后采用高壓旋噴樁止水，地下水控制采用降水井結(jié)合集水明排措施。具體概況如下：

(1)圍護(hù)樁采用(沖)鉆孔灌注樁，直徑800mm，間距1200mm，樁長14.5m～16.5m。樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30，充盈系數(shù)大于1.1，主筋保護(hù)層厚度不小于50mm，樁底沉渣厚度<100mm(立柱樁<50mm)。

(2)支撐立柱共30根，采用(沖)鉆孔灌注樁上接型鋼格構(gòu)柱。支撐灌注樁樁徑φ800mm，樁端全斷面進(jìn)入砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化不少于2m，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30，樁底沉渣厚度≤50mm。立柱井字桁架由4×L140×14mm角鋼和450×150×10mm鋼綴板焊接而成，柱斷面尺寸500mm×500mm，綴板間距450mm。

(3)止水帷幕采用雙重管高壓旋噴樁，直徑700mm，樁間距1200mm，樁長11.5m～12m。

(4)鋼筋混凝土角撐及混凝土牛腿混凝土強(qiáng)度等級為C35，截面尺寸有：1200×800mm(GL)、700×800mm(L1)。

(5)內(nèi)支撐采用鋼結(jié)構(gòu)張弦梁支護(hù)系統(tǒng)。

2 張弦梁支護(hù)系統(tǒng)概況

鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐采用張弦梁支護(hù)系統(tǒng)。各支撐構(gòu)件及鋼梁中心線標(biāo)高同冠梁中心線標(biāo)高，即鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐中心線標(biāo)高為+3.600m，構(gòu)件截面參數(shù)如表1～表2所示。鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐設(shè)計如圖1～圖3所示。

表1 鋼支撐構(gòu)件截面參數(shù)

表2 鋼支架構(gòu)件截面參數(shù)

圖1 鋼支撐平面布置圖

圖2 鋼支撐結(jié)構(gòu)詳圖

圖3 鋼支撐結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)詳圖

3 工藝流程

基坑張弦梁鋼結(jié)構(gòu)支撐施工工藝流程，如圖4所示。

圖4 基坑張弦梁鋼結(jié)構(gòu)支撐施工工藝流程

4 施工方案

4.1 預(yù)應(yīng)力鋼支撐安裝

平整一塊場地用于鋼支撐的模塊安裝，在平整場地上按設(shè)計施工圖紙分模塊進(jìn)行安裝；再將模塊吊裝至支架平臺上相應(yīng)位置進(jìn)行模塊拼裝?？紤]場地限制及進(jìn)場順序，拼裝順序如下：一號模塊→二號模塊→三號模塊→四號模塊→五號模塊→六號模塊。鋼支撐模塊分布如圖5所示。

圖5 鋼支模塊分布圖

4.2 機(jī)械式千斤頂預(yù)應(yīng)力施加

調(diào)節(jié)前準(zhǔn)備工作：

(1)確定千斤頂旋轉(zhuǎn)角度與伸長量之間的關(guān)系(伸長1mm需要旋轉(zhuǎn)a度角)。

(2)確定現(xiàn)場千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)方向，并做好記號便于后期施工。

(3)現(xiàn)場準(zhǔn)備薄鋼片，鋼板等保證千斤頂與鋼構(gòu)件緊密擠壓，千斤頂分組圖如圖6所示。

圖6 鋼支撐機(jī)械千斤頂分組圖

支護(hù)系統(tǒng)頂緊(使構(gòu)件之間緊密接觸，傳力有效)：

(1)張弦梁系統(tǒng)上第一組千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)千斤頂a度，(穩(wěn)定5min后)觀測所有千斤頂對應(yīng)位置的腰梁中心處位移。

(2)觀測點(diǎn)位移達(dá)到1mm的位置千斤頂不再調(diào)整，其他位置千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)(遵循以下原則：位移為0的旋轉(zhuǎn)a度，有位移但不足1mm的按比例旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度(1-X)×a)；(穩(wěn)定5min后)觀測所有千斤頂對應(yīng)位置的腰梁中心處位移。

(3)重復(fù)第2步直至所有二組的位移為1mm。

(4)所有千斤頂(同時)回旋a度角；(穩(wěn)定5min后)觀測所有三組千斤頂對應(yīng)位置的腰梁中心處位移。

(5)以上4個步驟重復(fù)3次。

支護(hù)系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施加：

(1)張弦梁系統(tǒng)上第一組千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)千斤頂a度，(穩(wěn)定5min后)觀測相應(yīng)控制點(diǎn)位移。

(2)重復(fù)第1步驟10次。

(3)觀測點(diǎn)位移達(dá)到10mm的位置千斤頂不再調(diào)整，其他位置千斤頂同步緩慢旋轉(zhuǎn)(遵循以下原則：按比例旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度(10-X)×a)；(穩(wěn)定5min后)觀測所有控制點(diǎn)位移。

(4)重復(fù)第3步使所有控制點(diǎn)處位移為10mm。

土方開挖過程中根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果適時施加。每一次旋轉(zhuǎn)千斤頂均要實(shí)時測量系統(tǒng)內(nèi)力變化。

4.3 液壓式千斤頂預(yù)應(yīng)力施加

施加前準(zhǔn)備工作：

(1)液壓千斤頂STQ200T/100mm，電動油泵DZB1.5KW。

(2)現(xiàn)場各施加點(diǎn)準(zhǔn)備好電源接線。

(3)準(zhǔn)備鋼楔子、鋼尺、薄鋼片，鋼板等保證千斤頂與冠(腰)梁緊密擠壓。

支護(hù)系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施加：

液壓式預(yù)應(yīng)力施加點(diǎn)及荷載如圖7所示，施加前先對液壓儀表進(jìn)行校核，具體施加步驟為：(1、1a)～(12、12a)成對同步施加點(diǎn)位處構(gòu)件預(yù)應(yīng)力。

圖7 鋼支撐液壓千斤頂預(yù)應(yīng)力施加點(diǎn)分布圖

4.4 拆撐

拆撐原則：

換撐傳力構(gòu)件全部通過驗(yàn)收并收到拆除令后才能拆撐。拆撐時遵循“先裝后拆”的原則，按安裝方案逆序進(jìn)行。

拆撐方案：

(1)在地下室樓板施工完畢并能提供剛度后開始換撐工作，待傳力體施工驗(yàn)收完后開始逐步卸載以平穩(wěn)過渡支撐體系。

(2)機(jī)械式預(yù)應(yīng)力體系按千斤頂?shù)淖罱K位置與初始位置的差值分三級釋放千斤頂。先釋放1/3張弦梁上的第一組千斤頂；再釋放1/3對撐上千斤頂。

(3)每一級在施工過程中也應(yīng)緩慢地同步放松，并實(shí)時觀測位移變化，根據(jù)調(diào)整千斤頂釋放量。

(4)液壓式預(yù)應(yīng)力體系按預(yù)應(yīng)力值釋放后通過破除混凝土二次灌漿層進(jìn)行支撐壓力卸載。

(5)具體拆除流程：做拆除前準(zhǔn)備，落實(shí)拆除支解點(diǎn)，拆除連接螺栓，割除連桿，釋放軸力，每次拆除長度不超過10m，拆除過程中加強(qiáng)圍護(hù)樁各項(xiàng)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整拆除長度。

支撐體系拆除順序：

(1)豎向拆撐施工順序，所有鋼支撐及鋼托梁拆除完成后，方可進(jìn)行鋼格構(gòu)柱拆除，拆除時由上而下，直到拆除完成。

(2)水平向拆撐順序，如圖8所示。①本工程拆撐工作由于主體結(jié)構(gòu)分段施工，支撐采取分區(qū)分段拆除，拆除順序按對角軸線順序進(jìn)行。①②平行施工→③④平行施工→⑤⑥平行施工。

圖8 拆撐順序

④支撐拆除大面上采用叉車支頂+汽車吊+塔吊外運(yùn)方法。

先拆腹桿、張弦梁等較輕小構(gòu)件，后拆主撐鋼模塊和托梁。待結(jié)構(gòu)施工完成后，再拆除所有的換撐，氣割拆除格構(gòu)柱。

4.5 鋼支撐安裝、拆除及換撐需要解決的問題

(1)由于鋼支撐的構(gòu)件均為廠家加工好后，運(yùn)送至現(xiàn)場，安裝后，與牛腿無法完全頂緊，需要進(jìn)行二次灌漿，厚度約20mm～100mm。

(2)張弦梁反牛腿部位的固定螺母，為避免被土掩埋，需要根據(jù)現(xiàn)場情況砌筑檢查井，并預(yù)留拆除螺母的空間。

(3)為便于現(xiàn)場更好地掌握鋼支撐受力情況，應(yīng)盡量在每個大角設(shè)置鋼支撐內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測設(shè)備。

(4)原設(shè)計換撐采用傳力板，因地下室未施工完成，無法回填土方，施工完傳力板，土方將無法回填，向設(shè)計院提出換撐方案修改，經(jīng)設(shè)計驗(yàn)算，換撐采用傳力柱，傳力柱撐在支護(hù)樁跟負(fù)二層頂板上，原則上每根圍護(hù)樁上一根傳力柱，這樣既保證了換撐受力要求，后續(xù)還能回填土方。

(5)為確?；又ёo(hù)力能更好地通過傳力柱傳遞到主體構(gòu)件，在施工傳力柱前，要將圍護(hù)樁上的雜物清理干凈，并按照設(shè)計圖紙要求設(shè)置鋼筋。

(6)鋼支撐拆除、吊裝，鋼支撐安裝公司原計劃采用叉車加吊車進(jìn)行拆除，為避免破壞地下室負(fù)二層頂板，經(jīng)過計算，支撐內(nèi)力卸載完后，對鋼支撐進(jìn)行分段拆除吊裝，最長不超過12m，卸載完內(nèi)力的鋼支撐架在原支撐鋼梁上，吊車可以直接吊走，不需要叉車上板面配合拆除，能更好地保護(hù)樓板面。

5 監(jiān)測

5.1 鋼支撐內(nèi)力檢測情況

鋼支撐內(nèi)力檢測情況如表3所示。

表3 鋼支撐內(nèi)力檢測情況

通過內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測，可以看出不同的時間段，內(nèi)力變化較大，特別是下午2點(diǎn)左右，內(nèi)支撐內(nèi)力值最大。每天的變化值偏差均在合理范圍內(nèi)。

5.2 基坑監(jiān)測

(1)鋼支撐拆除前，水平位移、垂直沉降、立柱沉降、鋼支撐內(nèi)力等監(jiān)測數(shù)值均低于預(yù)警指標(biāo)，基坑變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi)，基坑整體穩(wěn)定。鋼支撐拆除前監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 鋼支撐拆除前監(jiān)測數(shù)據(jù)

(2)鋼支撐拆除過程，基坑變形較小，基坑變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi)，基坑整體穩(wěn)定。鋼支撐拆除過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 鋼支撐拆除過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)

(3)鋼支撐拆除完成后，基坑變形值在設(shè)計允許范圍內(nèi)，基坑整體穩(wěn)定。鋼支撐拆除完成后監(jiān)測數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 鋼支撐拆除完成后監(jiān)測數(shù)據(jù)

6 結(jié)語

張弦梁鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐支護(hù)體系憑借其施工便捷、構(gòu)件循環(huán)再利用、環(huán)境影響程度低等特性，在本工程中已成功應(yīng)用，并取得良好的工程效果，可為內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工提供新思路。

通過現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，施工過程中基坑的水平位移、垂直沉降、立柱沉降、鋼支撐內(nèi)力等監(jiān)測數(shù)值在設(shè)計允許范圍內(nèi)，基坑整體穩(wěn)定。因此，利用張弦梁結(jié)構(gòu)支護(hù)體系，不僅能保證施工安全、質(zhì)量，降低安全隱患，而且能提交工作效率，降低工程成本，加快施工進(jìn)度，具有良好的應(yīng)用前景。