上海强劲地基工程股份有限公司 上海 201806
摘要：随着城市的不断发展，地下空间的利用率越来越高，各种基坑工程逐渐增多。通过对大部分基坑工程进行深入的分析，发现其具备四大特点：深、大、近、紧。尤其是大型的深基坑工程更需要先进的支护技术，以满足其工期紧、任务重且安全性能要求高等需要。在这种情况下，如何做好基坑支护已成为建筑行业急需解决的重要问题。然而传统的支撑方式如混凝土内支撑、钢支撑等不仅工期长、投入大且不利于环境保护，逐渐被一种新型的基坑支护技术所取代，即预应力鱼腹梁支撑施工技术，且经实践证明这种技术具备较好的应用效果。本文通过对其在实际工程案例中的应用进行深入的分析，以期为相似工程提供参考。
关键词：预应力鱼腹梁支撑；深基坑；加固
1预应力鱼腹梁支撑工艺概述
常见的传统基坑支护结构一般包括以下几种形式：钢筋混凝土支撑、钢管支撑、锚杆等，以下分别说明：
钢筋混凝土支撑其优势在于具备较强的刚度，能够有效控制基坑变形，但是这种支撑方式并不适用于宽度较大的基坑，特别是宽度在80m以上的基坑应用效果不佳。同时，该支撑方式不仅需要较长的养护周期，而且拆除时产生的建筑垃圾也较多。此外，在其施工过程中若存在偷工减料的行为也会导致基坑支撑难以达到应有效果。
当基坑宽度不大时可使用钢管支撑，在这种情况下，其宽度应在40m以下。该支撑方式缺陷在于刚度不足，且横向约束力不好，稳定性能不高。
锚杆支撑方式的主要特点是基坑内并无支撑体系，所占据施工空间较小，易于开挖作业和主体结构建设。然而这种支撑方式会出现锚杆的蠕变和群锚效应，不利于基坑安全，且由于出红线、会形成地下障碍物等危害，许多城市已经明文规定不允许使用这种支撑方式。
由于传统支撑方式应用的局限性，无法满足现阶段大型深基坑工程对支护技术的要求，而装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑结构不但具备良好的环保效果，而且通过预应力的应用也可合理的控制基坑水平位移。同时，该支撑体系为高冗余度的超静定结构体系，从技术方面来讲十分安全。此外，该支撑体系还具备施工周期短，空间范围大等特点，应用十分广泛。
2装配式预应力鱼腹梁内支撑系统组成及工作原理
2.1系统组成
该系统可简称为IPS，其重要组成部分包括鱼腹梁、对撑、角撑结构以及连系杆、三角形节点、立柱等。作为一个完整的立体支撑系统，其性能优异，其中鱼腹梁结构十分关键，具体结构见图1。
图1 鱼腹梁结构示意图
2.2工作原理
首先需进行钢绞线的锚固工作，且应在三角键处完成，同时对其施加一定的预应力，而这个力经腹杆传导至围檩，从而使该系统的鱼腹梁结构受力。由于该作用力是向基坑外的，所以会致使基坑出现向外预先变形的状态。进行开挖作业后，来自基坑外的水土压力在预应力的作用下逐渐减小直至消失，保证了开挖作业的安全、稳定。
3项目概况
项目地址在徐州市，具体位置为云龙区迎宾大道与昆仑大道交叉口的西南侧，其南面紧邻如意家园小区。本项目实际占地2.61公顷，建筑面积112949平方米，为钢筋混凝土框架结构，其基础形式为筏板基础。建筑分为地上、地下两部分，其面积分别为75287、37382平方米，用途为商业购物中心、地下超市、商铺、地下车库等。该建筑总高设计24m，地上部分主体为四层，部分区域为五层，地下部分有二层。
4内支撑概况
本工程基坑采用两道预应力鱼腹梁工具式组合内支撑工艺，钢支撑为单层结构。对撑、角撑、鱼腹梁的最大跨度分别设置为69.96m、51.5m、30m。构件与构件之间的连接工作靠10.9级高强螺栓螺母来完成，其规格为M24×80mm。通过焊接作业将托座与方钢管混凝土立柱紧密相连，其中对焊缝的要求为3级。在对该结构施加预应力之前应保证所有连接螺栓处于拧紧状态。工具式组合内支撑应选用Q345B材质，并交由可靠工厂以定制的形式完成加工，且在工程现场进行安装。牛腿材料的选择应以角钢为首选，规格为∟90×90×10，其焊接工作也应在现场完成。另外，相关对接构件在焊接时对于焊缝的要求为2级，而对角焊缝要求为3级。
5预应力鱼腹梁支撑工艺在基坑加固支撑中的应用
5.1铺设钢板
当前阶段这一区域已经做好垫层、防水及防水保护层的工作。在钢板运输过程中所使用的工具为小挖机，同时需完成钢板铺设工作，铺设数量为4块，规格为5000x1500x20，铺设位置如图2所示。
图2钢板铺设平面图
5.2柱脚增设型钢
型钢切割工作应在场外进行，其长度要求为3m，而后以塔吊为工具将其移到沉降部位，接着通过小挖机的应用将其送至钢立柱附近并完成焊接作业。
将长度为3m的型钢，其规格为H300*300*10*15，数量为2根，以对称的形式放置于LZ7-12、LZ7-13柱脚，而后经焊接作业与立柱相连。
将长度为3m的型钢，其规格为H300*300*10*15，在LZ5-42与LZ5-43周边分别放置1根，而后经焊接作业与立柱相连。
（3）将长度为3m的型钢，其规格为H350*350*12*19，在LZ5-40、LZ5-41周边分别放置1根，而后经焊接作业与立柱相连。
（4）将钢立柱各个面和型钢以焊接的形式加上2块三角形加劲板，其规格为400x400x20，工艺使用角焊缝进行双面焊接。
（5）对焊缝的要求为其高度应不低于8mm。
5.3设置型钢立柱回顶
为了完成这项工作，应增加规格为H300x300x10x15（H350x350x12x19）的型钢并将其放置于下沉的立柱之间，起到支撑上部托梁的作用，以角焊缝的工艺将其与托梁及底部钢板焊接在一起，在焊接中对焊缝高度也有要求，应不低于8mm。
5.4浇捣混凝土
在钢立柱沉降部位底板实施混凝土浇筑和振捣，C30混凝土厚度为1m。混凝土入模的过程中，要保证混凝土均匀的倾倒，严禁一次全部倒入。浇筑高度在2m以上的，浇筑过程中应当采用溜管，并且合理控制出料口的高度，通常其高度需要控制在1.5m内。浇筑作业需要保证浇筑过程的连续性，避免由于操作中断而产生冷缝。分层浇筑的过程中，合理控制相邻层的浇筑间隔时间，保证不超过2h，而且各层的浇筑厚度控制在30～40cm，以及确保搅拌充分。
一般，在混凝土施工中对于浇筑密度有着一定的设计要求，为此，要通过有效振捣保证浇筑密度达到相应标准，振捣过程中应当严格控制振捣器的间距，使其小于40cm，当振捣到混凝土没有下沉现象时，停止振捣作业。针对混凝土的浇捣施工，要避免发生漏振或振捣不均匀的问题，从而提高混凝土施工质量。
5.5加盖型钢盖梁、立柱斜撑、抱箍
（1）加盖型钢盖梁
本工程选用长度3m，规格为H350*350*12*19型钢，加盖型钢盖梁施工区域为DC1-03、DC2-03沉降位置的型钢支撑与三角件上方，施工采取角焊缝焊接方式，焊接中合理控制焊缝高度，使其至少为8mm。加盖型钢盖梁施工示意图如图2：
图3 DC1-03、DC2-03加盖型钢盖梁平面布置图
（2）补焊立柱斜撑、抱箍
为了更加确保对撑的稳定性，采取立柱斜撑措施，具体在方管立柱2、3原具备斜撑的基础上进行槽钢斜撑焊接，槽钢的长度为5694m。焊接实施中的上下调运利用手拉葫芦实现，点焊固定完成后满焊全身。DC1-03下口具有方钢管立柱1原有支撑的前提下再进行槽钢斜撑的补焊操作，具体长度是5694m，同时将槽钢横梁设置在标高32.625m位置，槽钢横梁的长为9700mm。
DC1-03上口部位，保证方钢管立柱4、5、6原有状态的情况下增设规格为300*300*10*15的盖梁，为了保证支撑体系的整体性和稳固性，将原有型钢对撑、托梁以及盖梁利用抱箍连接的方式进行加固。
6预应力鱼腹梁支撑工艺的控制要点
6.1现场拼装的质量控制
正式拼装施工前，施工人员需要对施工图纸、制作拼装要点以及相关的技术规范进行了解和掌握，同时详细检验各构件的数量、规格、外观、材料质量，保证各附件符合技术文件和设计要求，只有检查合格后才能够投入使用。施工人员还需对胎架模板的施工情况进行检查，对其角度、位置进行再次核实后方可实施接下来的构件安装。
在拼装前，应当对拼装焊缝的连接位置及其周边30～50mm范围存在的污垢、毛刺、铁锈等进行及时清理。先进行板材、型材的拼装焊接，再实施部件拼装、焊接、调整，然后进行构件整体组装；针对隐蔽位置的施工，需要经过焊接、涂装以及严格检验，才能够进行拼装组合。
6.2焊接工艺的质量控制
预热温度控制方面，应当以厚板为参考来确定接头预热温度，在确保厚板侧预热温度的同时，对薄板侧的层间温度进行合理管控。预热过程中，对被焊接头中较厚板的两倍板厚区域范围进行加热，且保证加热区域不低于100mm，具体加热采用火焰或电加热方式进行焊接位置的表面预热，而且加热要均匀进行。
进行多层和多道焊接的过程中，需要对焊道及焊层间的夹渣、焊渣等进行及时清理，具体可利用钢丝刷、砂轮等设备。
针对焊缝的焊接结束后，将表层附着的熔渣、金属杂物等进行及时清除，同时焊接人员对焊缝外观的质量进行严格检验，一旦发现与要求不符的情况，需要进行打磨处理或补焊操作，需要保证焊缝的光滑性和圆顺程度。
6.3高强螺栓安装施工的控制
高强螺栓应当干净整洁的保存在包装中，严禁采用污浊、生锈、丝口损坏的螺栓。在初拧和终拧高强螺栓的过程中，需要严格根据紧固顺序来实施；从中部的螺栓开始逐渐扩展到外侧的螺栓进行紧固。为了使螺栓安装施工更加顺利的实现，还需要加强管理螺栓安装的机械设备。对于初拧和终拧的间隔时间，应当控制1d内。高强螺栓穿进螺栓孔的过程中，如果存在自由受限的问题，严谨用力敲打，需要采用扩孔调整措施将其穿入，同时控制修正扩孔后的螺栓孔的直径，使其不能超过螺栓公称直径的1.5倍，具体穿入根据图纸设计要求的方向进行严格施工。高强螺栓施工要避免在雨天环境下施工，同时避免摩擦表面以及螺栓上存在水或污物，而且还需要降低气候变化给高强螺栓安装造成的影响。
6.4支撑体系的保护
完成预应力施工后，要提高对支撑系统保护的重视。对于支撑系统的保护，应当着手如下方：
根据施工方案对鱼腹梁、对撑以及角撑的斜拉固定进行严格控制，提高加固效果和质量，经过质量验收后在实施后续工序的施工；为了提高交叉施工作业的安全性，要将警示标识放置在基坑中容易出现机械碰撞的位置，例如，鱼腹梁、对撑及角撑、方钢管混凝土立柱等部位，并在出土通道附近进行反光条粘贴，以起到提醒作用，降低支撑系统的磕碰、损坏。配置专门人员对支撑体系进行24h值守监视，并建立现场巡视的规定，全面监测支撑系统的受力变化情况、基坑支护结构的稳定情况，出现隐患要及时上报。
6.5变形监测控制措施
（1）加固期间的变形监测
全面监测6根沉降的钢柱，同时加强对周边围护桩的监测管理，监测频率设定为1h/次。加固后7d内，针对以上沉降监测，每2小时监测一次；如果不存在安全隐患，后续监测调整为每天一次。
（2）基坑及支护结构监测
这一监测工作主要借助具备相应资质的第三方监测机构来实现，第三方机构每天进行监测，并将监测结果传达给各参建单位，各方共同进行数据分析与研究。
（3）监测数据分析及处理
每天都要对监测数据进行分析评估，如果存在明显的偏差，需要会同建设单位、设计单位、施工单位进行全面分析，并制定有效的解决方案。
结语：综上所述，许多工程实践中已经证明，预应力鱼腹梁施工技术对于基坑结构的稳定性有着积极作用，对于基坑施工的顺利实现和施工过程中的安全性有着很大的保障作用。实际工程建设中，相关人员还需继续加大对预应力鱼腹梁工艺的完善和改进，以促进预应力鱼腹梁工艺水平的提升，使其在各领域的深基坑项目中发挥自身的应用优势。
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论文作者: 严健
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第20期
论文发表时间:2019/7/1
标签：基坑论文; 预应力论文; 螺栓论文; 立柱论文; 型钢论文; 作业论文; 混凝土论文; 《建筑模拟》2019年第20期论文;