預(yù)應(yīng)力張弦梁鋼支撐在深基坑中的應(yīng)用研究

王 強(qiáng) 胡曉蓮

(江西建工第一建筑有限責(zé)任公司 江西南昌 330000)

0 引言

深基坑內(nèi)支撐體系主要有鋼筋混凝土支撐與鋼支撐。鋼筋混凝土支撐整體性好，承載力高，但鋼筋混凝土支撐材料不可重復(fù)利用，養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，拆除困難，形成大量建筑垃圾與粉塵等，不符合目前綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的需求。鋼支撐體系具有施工方便、可循環(huán)利用等特點(diǎn)，但其剛度較小。為克服鋼支撐剛度小、變形大等缺點(diǎn)，在鋼支撐的基礎(chǔ)上，對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力，為克服鋼支撐剛度小、變形大等缺點(diǎn)，基坑出土方便，在深基坑工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文在工程實(shí)例基礎(chǔ)上，總結(jié)了預(yù)應(yīng)力張弦梁鋼支撐體系的施工方法。

1 工程概況

某項(xiàng)目地下室地下兩層，占地面積約13 206 m2，支護(hù)周長(zhǎng)約459 m，開挖深度達(dá)到12.6 m,如圖1所示。

圖1 某項(xiàng)目張弦梁鋼支撐現(xiàn)場(chǎng)圖

該工程基坑開挖深度較深，基坑邊距離用地紅線近(地下室邊線距離用地紅線3.2 m～7.3 m，距離已建建筑最近約14.4 m)，周邊環(huán)境復(fù)雜，存在市政道路及市政管線，對(duì)變形較為敏感，環(huán)境保護(hù)要求較高。另外由于工期緊，為了盡量縮短施工工期，支護(hù)結(jié)構(gòu)需具備安拆方便、快捷、有利于基坑出土等特性。在施工前，對(duì)張弦梁鋼支撐系統(tǒng)與傳統(tǒng)的型鋼組合鋼支撐系統(tǒng)在施工工期和工程造價(jià)上進(jìn)行對(duì)比(表1)，最終確定選用工期和造價(jià)都占優(yōu)的張弦梁鋼支撐系統(tǒng)。

表1 方案比較

張弦梁鋼支撐系統(tǒng)由張弦梁、直撐桁架、斜撐桁架、鋼支架等裝置組成，如圖2～圖6所示。整個(gè)支撐體系利用張弦梁，將其跨度內(nèi)所受土壓力傳遞到直撐桁架和斜撐桁架上，直撐桁架和斜撐桁架再將土壓力向基坑兩邊相互抵消。

圖2 裝配式張弦梁鋼支撐系統(tǒng)構(gòu)造圖

圖3 張弦梁構(gòu)件圖

圖4 直撐桁架構(gòu)件圖

圖5 斜撐桁架構(gòu)件圖

圖6 鋼支架構(gòu)件圖

2 基坑支護(hù)施工工序

施工鉆孔樁和立柱→施工三軸水泥攪拌樁(然后高噴補(bǔ)強(qiáng))→開挖至第一道支撐面標(biāo)高→施工壓頂梁和支撐梁→鋼支撐部分施加預(yù)應(yīng)力后開挖至第二層支撐工作面，混凝土支撐養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開挖至第二層支撐工作面→施工腰梁和第二道支撐→待鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度→開挖至坑底標(biāo)高→施工墊層和深井→施工筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并澆筑底板傳力帶→待基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工樓板及樓板傳力帶→樓板及樓板傳力帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后→逐步拆除第二道支撐和第一道支撐→完成地下室結(jié)構(gòu)→回填土方，向上作業(yè)。

3 張弦梁鋼支撐工藝流程與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 張弦梁鋼支撐施工工藝流程

施工準(zhǔn)備階段→工廠預(yù)制構(gòu)件→模塊拼裝→預(yù)埋件安裝、焊接→整體放線、定位→場(chǎng)地布置、構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)→支架平臺(tái)安裝→鋼支撐模塊安裝→預(yù)應(yīng)力施加→預(yù)應(yīng)力卸載→鋼構(gòu)件拆除。

3.2 張弦梁鋼支撐安裝順序

鋼支撐拼裝順序如圖7所示，具體描述如下：

圖7 鋼支撐拼裝順序

(1)拼裝左下角模塊一角撐部分；

(2)拼裝右下角模塊二角撐部分；

(3)拼裝右下模塊三張弦梁；

(4)拼裝左下模塊四張弦梁；

(5)拼裝中間模塊五對(duì)撐；

(6)拼裝右上模塊六張弦梁；

(7)拼裝左上模塊七張弦梁；

(8)拼裝左上角模塊八角撐部分。

兩層之間土方開挖完成，第二層鋼支架安裝完成后，開始第二道鋼支撐拼裝。

3.3 預(yù)應(yīng)力施加

采用液壓式千斤頂對(duì)支護(hù)系統(tǒng)施加預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力施加點(diǎn)如圖8所示，圖中一層支撐預(yù)應(yīng)力P1 =2500 kN、P2=2000 kN、P3=1000 kN；二層支撐預(yù)應(yīng)力P1=3000 kN、P2=2500 kN、P3=1500 kN?，F(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力施加作業(yè)情況如圖9所示。

圖8 鋼支撐液壓千斤頂預(yù)應(yīng)力施加點(diǎn)分布圖

圖9 預(yù)應(yīng)力施加現(xiàn)場(chǎng)圖

3.4 基坑土方開挖

鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加完畢后，基坑土方開挖?；油练讲捎糜赡系奖迸枋介_挖，基坑中應(yīng)留道路。為了盡可能使支護(hù)結(jié)構(gòu)均勻受力，減少變形，需遵循分層、分塊、均衡、對(duì)稱的挖土原則開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，每層挖土厚度不宜超過2 m，每段長(zhǎng)度不超過20 m。邊開挖邊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)位移控制點(diǎn)位移變化，實(shí)時(shí)調(diào)整千斤頂，使位移在允許范圍，并測(cè)定相應(yīng)的內(nèi)力變化。需特別注意，基坑內(nèi)壁3 m范圍土方開挖時(shí)，千斤頂與冠(腰)梁間二次灌漿須達(dá)到C35砼同等強(qiáng)度。基坑土方開挖順序如圖10所示。

圖10 基坑土方開挖順序圖

3.5 基坑監(jiān)測(cè)

基坑內(nèi)設(shè)置了位移監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)和內(nèi)力監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基坑位移變化，保證施工過程中基坑最大位移在30 mm范圍內(nèi)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖11所示?；蛹爸ёo(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)警值如表2所示。

圖11 基坑監(jiān)測(cè)平面布置圖

表2 基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)警值

當(dāng)基坑監(jiān)測(cè)出現(xiàn)上述預(yù)警值或出現(xiàn)下述情形時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的保護(hù)對(duì)象采取應(yīng)急措施：

(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到監(jiān)測(cè)報(bào)警值的80%；

(2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)或周邊土體的位移值突然明顯增大,或基坑出現(xiàn)流沙、管涌、隆起、陷落、或較嚴(yán)重滲漏等；

(3)周邊地面出現(xiàn)較嚴(yán)重的突發(fā)裂縫或危害結(jié)構(gòu)的變形裂縫；

(4)根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)判斷，出現(xiàn)其他必須進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警的情況；

(5)周邊管線變形突然明顯增長(zhǎng)或出現(xiàn)裂縫、泄漏等[1]。

該工程根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，基坑周邊水平位移最大累計(jì)變化量為21.1 mm(預(yù)警值30 mm)，豎向位移最大累計(jì)變化量為13.2 mm(預(yù)警值30 mm)，深層水平位移最大累計(jì)變化量為18.8 mm(預(yù)警值30 mm)，立柱沉降最大累計(jì)變化量為17.3 mm(預(yù)警值30 mm)。上述數(shù)據(jù)表明，本基坑使用情況良好，均未達(dá)到監(jiān)測(cè)預(yù)警值。說明預(yù)應(yīng)力張弦梁鋼支撐系統(tǒng)在深基坑支護(hù)的應(yīng)用較為安全可靠[2]。

3.6 換撐與拆撐

(1)換撐與拆撐條件

在地下室頂板樓板施工完畢并能提供剛度后，開始換撐工作，待傳力體施工完養(yǎng)護(hù)至滿足設(shè)計(jì)要求后方能拆撐。拆除時(shí)要特別注意保證軸力的安全卸載，避免應(yīng)力突變對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。另外，避免鋼支撐吊運(yùn)過程中墜落而導(dǎo)致安全和質(zhì)量事故。綜合考慮，鋼支撐拆除需滿足如下條件：

①換撐構(gòu)件達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度，即可拆除鋼支撐。

②接到《鋼支撐拆除通知》或相關(guān)書面文件。

③具備鋼支撐拆除的施工操作面和通道。

④后澆帶處理完畢。

換撐前需對(duì)地下室底板、中板及頂板的后澆帶設(shè)置傳力帶，傳力帶設(shè)置位置與后澆帶兩側(cè)柱子中線重合，傳力帶采用32b#工字鋼，兩端通過封頭板預(yù)埋在后澆帶中，需在后澆帶兩側(cè)混凝土澆筑前預(yù)埋好，澆筑時(shí)避免移位。

(2)換撐與拆撐的施工流程

先施工底板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并澆筑底板傳力帶→待基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工樓板及樓板傳力帶→樓板及樓板傳力帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后→逐步拆除第二道支撐和第一道支撐。

(3)換撐結(jié)構(gòu)的施工與相鄰結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行，與常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)施工方法相同。

(4)鋼支撐拆除順序

拆除支撐系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對(duì)稱拆除，先拆除張弦梁，再拆除中間的直撐桁架，最后拆除角上的斜撐桁架。

(5)鋼支撐拆除具體分為以下幾個(gè)步驟

①吊車駐點(diǎn)場(chǎng)地清理、平整。吊車進(jìn)場(chǎng)前勘察路線、路面，軟土路面需要提前鋪設(shè)石子、鋼板。

②使用千斤頂或鑿除支撐一側(cè)的二次灌漿層，釋放鋼支撐內(nèi)力。

③采用塔吊拆除腹桿、張弦梁等重量較輕的小構(gòu)件。

④將主撐綴板螺栓解開，把主撐拆成零散元件，采用吊車裝車運(yùn)走。

⑤如現(xiàn)場(chǎng)無法滿足吊車?？浚瑒t需塔吊配合拆除構(gòu)件。如果構(gòu)件重量超出塔吊起重范圍，則加密腳手架上叉車，或吊車進(jìn)行拆除。

4 結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力張弦梁鋼支撐是一項(xiàng)用于地下空間開挖的新型綠色深基坑支護(hù)技術(shù)。與傳統(tǒng)混凝土支撐相比，其體系簡(jiǎn)單，安拆方便、快捷，可顯著縮短施工工期。同時(shí)，該支撐系統(tǒng)的鋼材構(gòu)件可回收重復(fù)使用，節(jié)省施工成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益[3]。該系統(tǒng)不產(chǎn)生建筑垃圾，具有節(jié)能環(huán)保、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量等特點(diǎn)，極具推廣價(jià)值。