裝配式基坑支護在高層住宅樓支護中的應(yīng)用

羅成希，喻家孟，朱能

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100010）

1 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市人口不斷聚集，對于類似南昌、青島等諸多占地面積相對不足的城市而言，住宅樓的高層化是解決居民常住住房供應(yīng)需求矛盾的相對良好解決方式，也是當前城市住房建設(shè)的重要組成部分[1-5]。

2 高層住宅樓建設(shè)與深基坑支護

高層住宅建設(shè)雖然能夠極大的節(jié)省建筑用地、降低成本，但由于高層建筑本身施工要求較高、建設(shè)相對困難。特別是考慮到高層建筑建設(shè)過程中涉及到的深基坑、高大腳手架、吊裝等等分部分項工程本身存在著較大的風險，而且高層建筑建設(shè)施工質(zhì)量又直接影響其后期投用的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)期限，因此其相應(yīng)的安全與質(zhì)量保障措施的可靠性與有效性就顯得極為重要，需要特別給與關(guān)注和研究。

高層住宅施工中需要進行深基坑作業(yè)，深基坑作業(yè)本身存在有較多的安全和質(zhì)量風險。深基坑作業(yè)由于基坑開挖過深，在周邊建構(gòu)筑物及土層的擠壓下，基坑本身受力相對不穩(wěn)定，有整體位移甚至坍塌的風險。深基坑作業(yè)本身上下較不方便，一旦出現(xiàn)土層位移或者坍塌事故，作業(yè)人員較難疏散和撤離，應(yīng)急救援相對困難。深基坑作業(yè)存在著施工基礎(chǔ)由于受到周邊擠壓的影響，導致變形甚至應(yīng)力集中等現(xiàn)象，影響后期的服務(wù)質(zhì)量。因此深基坑作業(yè)時必須要規(guī)范進行支護，防止周邊土層對邊坡的擠壓，保證施工安全有序。

3 裝配式基坑支護

在高層住宅樓的深基坑支護中，常見的裝配式基坑支護方式為型鋼組合支撐，以下對其主要應(yīng)用特點及施工要求、注意事項進行探討和分析。

裝配式型鋼組合支撐指的是利用多種結(jié)構(gòu)件、部件構(gòu)成的用來對深基坑邊坡進行支護的由型鋼等材料構(gòu)成的支撐系統(tǒng)，是當前許多高層建筑深基坑作業(yè)時支撐架的組合方式之一。其整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主要由型鋼支撐梁、組合圍檁、立柱以及對應(yīng)的連接件所構(gòu)成。如圖1為某型鋼組合支撐平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 型鋼組合支撐體系平面結(jié)構(gòu)示意圖

型鋼組合支撐在應(yīng)用時具有承載力大、抗震強度高、構(gòu)件一般采用標準件組配較為方便等等特點，因此在深基坑支護中應(yīng)用相對廣泛。而且由于部分型鋼組合支撐可以施加預(yù)應(yīng)力，使得整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大幅增強，因此其對環(huán)境應(yīng)用的適宜性也大幅提升，如軟土地基等位置的深基坑支護處理，其效果一般較好。但是由于型鋼組合支撐本身制造與裝配要求相對較高，且施工成本較高，因此在實際應(yīng)用中也存在著一定的困難。如圖2為某項目型鋼組合支撐現(xiàn)場圖。

圖2 某項目型鋼組合支撐現(xiàn)場圖

3.1 型鋼支撐梁

型鋼支撐梁是利用H型鋼標準件組合而成的支撐梁，其在實際施工時由于受到現(xiàn)場實際條件限制也需要設(shè)置部分非標準件H型鋼。在應(yīng)用時由于可以施加預(yù)應(yīng)力使得其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對更強，該類型支撐梁一般用作對撐、角撐以及八字撐等形式。

3.2 組合圍檁

組合圍檁是由多根H型鋼標準件組配而成的受力件，有時候也利用H型鋼搭配混凝土梁利用螺栓裝配，其受力一般為水平方向，在應(yīng)用時一側(cè)與支護墻連接另一側(cè)與型鋼支撐梁連接。

3.3 連接件

在裝配式型鋼組合支撐中，最常見的連接件為三角傳力件，該連接件的作用是在支撐梁與支撐梁之間或者支撐梁與組合圍檁斜交等位置形成傳力連接以保證整體穩(wěn)定性。

4 型鋼組合支撐應(yīng)用注意事項

型鋼組合支撐多數(shù)情況下需要施加預(yù)應(yīng)力，因此其整體施工流程相對復(fù)雜。其重點施工流程主要有：施工方案編制、施工準備、土方開挖、型鋼支撐梁安裝、預(yù)應(yīng)力施加作業(yè)、拆除等等。以下對其重點工作步驟進行探討。

4.1 施工方案編制

由于深基坑施工作業(yè)本身屬于危險性較大的分部分項工程作業(yè)，在實際施工前必須要根據(jù)國家法律法規(guī)及上級單位要求編制施工方案并進行會簽，超過一定規(guī)模的還需要組織專家論證。

在進行型鋼組合支撐施工方案編制時應(yīng)注意綜合考慮施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)的水文和地質(zhì)條件，以及周邊建、構(gòu)筑物可能施加的對深基坑土層的受力影響。由于高層建筑項目一般在城市核心區(qū)域，其周邊配套的地下公輔管道也對深基坑周邊土層受力情況存在一定的影響，因此需要提前的計算和考慮。

方案編制時應(yīng)重點關(guān)注對于結(jié)構(gòu)件的承載力計算及驗算。如型鋼支撐梁的截面強度計算公式如式1所示。

式中：N為軸心壓力設(shè)計值，kN；An為組合界面凈截面面積，m2；Mx、My為同一截面處繞x軸和y軸的彎矩設(shè)計值，kN·m；Wnx、Wny為組合截面對x軸和y軸的凈截面模量，m3；f為鋼才強度設(shè)計值，kPa。

而對于部分軟土地質(zhì)條件下如果是地基平面尺寸相對較大且開挖深度較深的情況在施工方案編制時還應(yīng)提前制定一定的控制措施來提升基坑穩(wěn)定性和支撐體系的支撐效果，如利用分坑方式控制型鋼支撐梁的長度來控制變形的影響，利用與混凝土支撐體系的配合來增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，利用加大圍護墻的剛度來降低土層位移帶來的側(cè)向壓力，利用基坑土體加固等方式來降低支撐體系的荷載壓力等等。

4.2 施工前準備

施工前準備一共包含結(jié)構(gòu)件作業(yè)前準備以及作業(yè)面施工前準備等等部分。

1）結(jié)構(gòu)中作業(yè)前的準備

結(jié)構(gòu)件作業(yè)前準備內(nèi)容主要是由施工方或者供貨方在預(yù)制場或生產(chǎn)車間范圍內(nèi)根據(jù)施工方案要求預(yù)制支撐體系相關(guān)材料，型鋼組合支撐的預(yù)制一般為標準件可以批量化制作，而對于部分非標準件則需要根據(jù)具體的設(shè)計要求制作完成，制作時應(yīng)注意材料的選擇以及結(jié)構(gòu)尺寸，特別應(yīng)注意預(yù)留安裝口和裝配位置的精確定位。

結(jié)構(gòu)件到場后應(yīng)注意對結(jié)構(gòu)件的驗收和檢查，特別是對于材質(zhì)的檢測及與設(shè)計文件要求尺寸、結(jié)構(gòu)的符合性驗收，驗收時應(yīng)留有檢查檢測記錄?，F(xiàn)場需要臨時存儲結(jié)構(gòu)件時應(yīng)做好墊板措施以及防盜、防雨雪等措施。

2）作業(yè)面施工前準備

作業(yè)面施工前準備的主要工作任務(wù)在于圍護樁的施工，其主要施工步驟有樁位放線、埋設(shè)鋼護筒等等。在實際施工過程中由于施工作業(yè)人員的技能水平的限制使得其樁位放線往往存在有一定的偏差，而埋設(shè)鋼護筒作業(yè)也無法完全符合設(shè)計文件要求，因此在實際作業(yè)時必須要落實專業(yè)技術(shù)人員的現(xiàn)場檢測檢驗以及作業(yè)旁站和驗收等等控制措施，防止偏差的出現(xiàn)。

4.3 土方開挖與型鋼支撐梁安裝

在作業(yè)時土方開挖與型鋼支撐梁安裝一般分層施工，如在某項目上采用兩層土方開挖方式在每層土方開挖前進行預(yù)先支撐并且在每層土方開挖后立即組織安裝型鋼支撐梁。

土方開挖的注意點在于開挖位置和開挖方式的選擇與控制，考慮到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性應(yīng)嚴格禁止超挖現(xiàn)象的出現(xiàn)，在復(fù)雜地質(zhì)條件如軟土地質(zhì)條件下的開挖一般要分層分段開挖，開挖時機械設(shè)備應(yīng)對稱作業(yè)，防止局部區(qū)域土層受力不穩(wěn)引起的坍塌事故出現(xiàn)。

在土方開挖到一定階段，一般為第一道型鋼支撐梁下0.5m～0.8m標高位置時，立即組織人員進行第一道型鋼支撐梁的安裝，安裝時應(yīng)嚴格根據(jù)設(shè)計文件結(jié)構(gòu)要求進行，在部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)件安裝時應(yīng)嚴格根據(jù)設(shè)計方案組配特殊有需要的應(yīng)該進行焊接處置。此時應(yīng)檢查焊接質(zhì)量，防止關(guān)鍵受力點點焊或者未焊透等現(xiàn)象出現(xiàn)。

立柱的安裝施工時應(yīng)注意立柱在轉(zhuǎn)運及吊裝過程中應(yīng)有防止其平整度受損的措施，特別是注意立柱吊裝的吊點選擇以及吊裝方式的選擇。在立柱安裝時應(yīng)有控制立柱定位偏差、垂直度偏差以及轉(zhuǎn)向偏差的措施并落實。如果現(xiàn)場施工時需要借助立柱充當立柱樁，還應(yīng)特別注意其插入土體的方式，一般可選擇用靜壓方式進行插入，若靜壓插入相對困難無法實現(xiàn)也可采用引孔等輔助方式。

4.4 預(yù)應(yīng)力施加

預(yù)應(yīng)力施加應(yīng)跟隨結(jié)構(gòu)件安裝配套進行，在施工時常見的預(yù)應(yīng)力裝置主要有加載橫梁、千斤頂、保力盒和墊板等等，將預(yù)應(yīng)力裝置規(guī)范設(shè)置在型鋼組合支撐的對撐或者角撐端部等等位置，在預(yù)應(yīng)力施加完成后應(yīng)由現(xiàn)場管理人員和技術(shù)人員對預(yù)應(yīng)力裝置施加情況進行檢查。

預(yù)應(yīng)力施工時的注意事項有：所用千斤頂應(yīng)為經(jīng)過標定的計量裝置；型鋼組合支撐安裝完畢并經(jīng)過檢驗合格后方可進行預(yù)應(yīng)力施加；每級預(yù)應(yīng)力施加完成且保持10min以上受力穩(wěn)定后方可施加下一級壓力，若整體壓力已經(jīng)達到設(shè)計值，則應(yīng)在壓力保持穩(wěn)定10min之后才可進行鎖定。

4.5 拆除

在深基坑作業(yè)地下基礎(chǔ)及其周邊傳力帶混凝土強度全部檢測達標合格后，可以逐步開始進行支撐體系的拆除。

拆除前應(yīng)提前釋放預(yù)應(yīng)力，應(yīng)特別注意的是，在每級預(yù)應(yīng)力釋放后應(yīng)觀察半小時左右檢查確認各個節(jié)點的變化情況以及基坑周邊的變形情況，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即進行針對性整改，防止出現(xiàn)整體性坍塌。拆除時應(yīng)根據(jù)受力情況采用從下而上的拆除順序且拆除時候?qū)Ω鞑考牟鸪矐?yīng)遵循一定的順序。一般拆除順序為：蓋板、系桿——型鋼支撐梁、圍檁、高強螺栓——托梁、托座——立柱。在實際施工作業(yè)時部分施工作業(yè)人員為了圖省事可能會違反拆除順序進行作業(yè)，作業(yè)時存在著較大的安全隱患，因此需要項目管理人員進行現(xiàn)場檢查和監(jiān)督。

5 結(jié)語

型鋼組合支撐在邊坡防護和支撐方面展示了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、支撐效果較好等特點，在當前諸多高層住宅樓的深基坑作業(yè)中大量使用，其在實際施工作業(yè)中需要特別注意施工方案的編制以及施工過程中的控制。