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摘要：为满足施工要求，基坑工程的技术措施迫切需要得到改善和创新。本文阐明了预应力鱼腹梁组合式钢支撑的工作机理和技术特点，通过工程实例，介绍了预应力鱼腹梁组合式钢支撑施工技术在深基坑支护中的应用，并验证了其合理性，可为类似工程施工提供参考。
关键词：基坑支护工程；鱼腹梁组合式钢支撑；构件连接
当前，随着科学技术的发展，人们的生活生产水平显著提高，在这一时代背景的促使下，建筑行业也在进行着高速的发展，城市高层建筑、地铁工程、市政工程以及地下空间开发规模日益增大，基坑工程数量近年来急剧增加。其中，深基坑支护技术是建筑施工的基础性技术，它直接关系着建筑物的安全性与可靠性，在土建施工中起着举足轻重的作用。所以，施工单位要考虑深基坑支护工程中的支护设计问题，利用更先进的深基坑支护施工技术，确保土建基础的后期正常施工，并取得该工程项目最大的经济效益。
1.工艺原理
在基坑外由于水压力和土压力影响下，预应力鱼腹梁组合式钢支撑中的围檩将会产生向基坑内方向的水平位移，为了使预应力鱼腹梁组合式钢支撑中的杆件产生较大的反弯矩，降低鱼腹梁弯曲变形量，可充分利用施加在鱼腹梁上的钢绞线预应力。对于预应力鱼腹梁内可能存在抗弯刚度，则通过利用专用结点将角撑或对撑梁与预应力鱼腹梁可靠地固定使之形成一个整体，如此便形成了预应力鱼腹梁组合式钢支撑支护系统。与常规的钢筋混凝土支撑或者钢支撑体系相比，预应力鱼腹梁组合式钢支撑支护体系中的各个受力和传力型钢均可通过钢绞线施加预应力，从而能够确保基坑周边土层水平位移和竖向位移的变化在可控范围内，进而控制周边建、构筑物的变形，满足其安全及正常使用要求。此外，由于主受力型钢和传力构件形成的整体支护所占空间大大减少，因此可为地下主体工程施工提供更广的工作空间。
2.施工应用
2.1 工程概况
某项目设有地下3 层，地上9层，建筑面积为31842m2，框架- 剪刀墙结构。地下室基坑安全等级为一级，长约82.5m，宽约81.50m，基坑深度为12.60～16.35m，建筑高度46.4m。
2.2 预应力鱼腹梁支撑应用设置情况
本工程根据环境条件、地层分布等情况分4 个剖面进行支护设计：由上至下分别设三道预应力鱼腹梁钢支撑。预应力鱼腹梁最大跨度为40m，共设角撑及鱼腹梁各12 组。采用10.9 级高强螺栓螺母（M24×8）将型钢与型钢或型钢与构件进行连接，在立柱上焊接托座并采用高强螺栓螺母将支撑梁安装在托座上，采用加焊钢板再行焊接的施工方法将基坑周边灌注桩与型钢围檩之间的牛腿、T 型传力件进行连接；鱼腹梁钢绞线施加110%预应力后，立即使用专用工具拧紧全部高强螺栓。本项目所有钢构件均在工厂加工制作并进行试拼装，构件运至现场后，由现场组织安装、加压、拆除等工作[1]。
2.3 施工的关键工序
立柱桩施工→定安装标高/ 焊接牛腿角钢→设置安装基准点/ 拉线找直→围檩安放、固定→托座件支撑横梁安装→角撑预拼、安装→鱼腹梁组装→拼、安装→传力件布置、焊接→钢绞线、千斤顶预应力施加→支撑系统变形监测→垫层及地下主体结构、换撑施工→分层拆除回收鱼腹梁组合式钢支撑[2]。
2.3.1 立柱桩施工
根据现场放样及复核的桩位，立柱桩桩孔采用φ600 单管高压旋喷桩施工，立柱桩施工结束后，1h 之内立柱应使用50t 履带吊（根据起吊能力计算确定50t 吊车）和振动锤（60kW）插入方钢管立柱至设计标高，送桩时严格控制桩顶标高。为了加强内支撑的整体稳定性，立柱施工完成后两根立柱之间加做剪刀撑。本基坑采用三道剪刀撑，剪刀撑采用的是L- 90×90×10 角钢，两根角钢之间用高强螺栓连接，角钢与方钢管立柱之间采用焊接方式连接。
2.3.2 预应力鱼腹梁支撑架设与土方开挖的工序配合
基坑土方开挖时须严格按施工方案开挖。严格遵守“分层分块、开槽支撑、先撑后挖、严禁超挖”的总体原则。开挖工程中，做好排水措施，保证基坑内干燥并无积水。土方开挖到预应力鱼腹梁组合式钢支撑工作面立即开始安装预应力鱼腹梁组合式钢支撑，并经验收合格后，方可进行下一层土方的开挖。
2.3.3 牛腿、围檩、托座与支撑梁、角撑
牛腿施工：根据设计图纸严格控制支护桩上牛腿的位置与标高，保证在安装时产生的误差在规范要求范围内，并保证基坑四周型钢围檩中心线在同一个标高平面上。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆牛腿焊接前，须凿除支护桩上的混凝土直至露出支护桩的主钢筋，并将焊接范围内的铁锈、油污、混凝土残留物等杂物清理干净。焊好的钢牛腿须通过焊缝无损检测并保证和支护桩连接牢固可靠。
围檩安装：安装围檩前应先检查围檩的形状、尺寸、焊缝质量并遵循“最少接头”的原则，优先使用标准节的构件、较长构件以控制接头数。围檩挖掘机逐段吊装，人工配合的方式将钢围檩安放于牛腿支架上，吊装过程中如发生挖掘机或者钢围檩碰撞钢牛腿而导致钢牛腿松动，应采取补焊的方式进行加固。钢围檩相互连接或者搭接部位使用摩擦型高强螺栓紧固连接，而且强度满足设计及规范要求。围檩吊装过程中需坚持“以过程验收为主，完工验收为辅”的原则，严格控制钢围檁的安装精度，确保钢围檁连接件的安装偏差在5mm以内。
托座安装：托座件的安装务必控制其水平标高，安装时标高误差不得大于5mm。托座件采用焊接方式固定在立柱桩相应的标高上，焊接安装时应保证其与立柱桩百分百垂直，如立柱桩发生偏位，托座可通过加垫钢板达到垂直要求。安装后应严格检查托座件与方立柱桩焊接的牢固程度，不能满足强度要求的托座件应返工直至满足强度要求。
2.3.4 鱼腹梁安装
鱼腹梁安装应按照设计跨度在地面进行预拼，螺栓紧固务必达到设计及规范要求。鱼腹梁预拼完成后，利用汽车吊与挖机配合将单个组件起吊安装在支撑牛腿上，起吊过程中两端由人工牵引，以确保安装位置。SS 鱼腹梁安装顺序：水平梁、垂直梁、斜梁。其中支撑梁必须拖住SS 构件，还需注意因为SS 构件的水平梁和垂直梁的规格不同，托座的标高应根据需要设置。
张拉钢绞线所用的千斤顶、油表必须在有效期内按时标定，并做好第
一次试张拉及记录。因使用氧气、乙炔切割和电焊切断会烧伤预应力筋，所以必须采用砂轮机对预应力筋进行下料。钢绞线张拉时必须采用伸长率及张拉应力值进行“双控”，即张拉应力值及伸长率均符合设计要求，且伸长率符合要求；钢绞线安装时要左右对称；钢绞线张拉前，须检查张拉部位和连接部位（钢围檩和圈梁、混凝土支撑）确保无损后再行施工；启动千斤顶张拉钢绞线时要一根一根均匀对称进行，采用超张拉的方式将张拉应力值控制在115%的设计要求，以避免部分张拉不到位或者预应力损失；张拉钢绞线预应力时，必须严格按设计图纸要求的进行：首先按图纸上设计预应力值的50%张拉，待每根钢绞线都张拉一遍后再将预应力值张拉至70%，稳定后再按设计值的110％进行超张拉，在110%的荷载下观测锚头15min，无位移、无变形、无张拉力损失现象后锁定；钢绞线张拉时除了控制张拉力外还需控制钢绞线的伸长率，伸长率也必须满足规范要求。张拉过程中应记录并存档；钢绞线的数量除了满足设计图纸的要求，还应按照实际情况在每道鱼腹梁上预留6~8 根钢绞线做为安全储备。
2.3.5 装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑变形监测
装配式预应力鱼腹梁钢支撑的变形监测项目有：整体相对水平位移与构件轴力变化，而且必须与基坑第三方监测同步进行；监测频率要求：正常情况下1~2 次/d，异常情况下3~6 次/d；采用全站仪测量预应力鱼腹梁钢支撑上钢围檩的整体相对水平位移，报警值与围护桩桩顶水平位移控制指标相同。对于预应力鱼腹梁钢支撑的构件轴力变化，采用实时轴力监测系统，通过焊接或螺栓连接将弦式反力计或应变片直接布置于预应力鱼腹梁钢支撑构件主要受力点，变形应力数据通过传导电缆线进行集成，而后根据收集的变形应力数据及时进行分析得出钢构件轴力变化情况，轴力监测当日变化超过10%，累计变化超过30%为报警。达到报警值，先分析原因，再采用预应力鱼腹梁钢支撑的应急预案。
2.3.6 预应力鱼腹梁工具式组合内支撑的拆除
结合本工程特点，根据施工方案要求，待基坑内全部底板混凝土及传力带混凝土强度满足设计要求后，可对第三道鱼腹梁组合式钢支撑进行拆除；待地下三层顶板混凝土及传力带混凝土强度满足设计要求后，可对第二道鱼腹梁组合式钢支撑进行拆除；待二层顶板混凝土及传力带混凝土强度满足设计要求后，可对第一道鱼腹梁组合式钢支撑进行拆除[3]。
3.应用与对比
实践表明，鱼腹梁组合式钢支撑相对传统的支撑系统来说，存在以下优势：
（1）工期短：鱼腹梁组合式钢支撑由标准钢构件组合安装而成，施加预应力形成整体后就起到100%的内支撑作用。拆除鱼腹梁组合式钢支撑更是方便快捷，几乎不占用关键线路上的时间。另外，在土方开挖方面，由于鱼腹梁组合式钢支撑为坑内水平方向与垂直方向提供空间较大，可大大缩短土方开挖外运时间[4]。
（2）成本低：鱼腹梁组合式钢支撑由标准钢构件组合而成，钢构件回收后可多次反复利用，真正做到有效降低工程成本。
（3）安全性好：与鱼腹梁组合式钢支撑互相配套监测系统先进可靠，可全方位对基坑进行检测，当基坑变形达到报警值后，可以立即启动应急措施———施加预留钢绞线预应力进而达到控制变形，基坑安全可控性大大地提高。
（4）绿色、环保、节能：鱼腹梁组合式钢支撑安装及拆卸时噪音低、对环境不产生污染，此外钢构件可回收再利用，降低了支护材料的损耗，符合国家节能减排和环境保护政策要求。
4.结束语
综上，文章以预应力鱼腹梁组合式钢支撑作为研究对象，对其在基坑支护施工中的应用进行了研究，实践表明，该基坑支护施工技术能够实现降低造价、缩短工期、提高围护结构安全度，在今后越来越多的深基坑支护中具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]刘全林，张衡.预应力鱼腹梁装配式钢支撑开口处支座设计与稳定性验算方法[J].南京工程学院学报（自然科学版），2013，11（4）：28-34.
[2]周善荣.装配式预应力鱼腹梁钢支撑在深基坑支护中的应用[J].城市建筑，2013（24）：82-82.
[3]张衡.装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑对深基坑变形的控制技术与方法研究[D].安徽理工大学，2014.
[4]谢永超.预应力鱼腹梁组合式钢支撑在广州地区深基坑支护中的应用[J].广州建筑，2014，42（1）：20-24.
论文作者:黄伟锋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/7
标签：预应力论文; 基坑论文; 托座论文; 组合式论文; 立柱论文; 标高论文; 构件论文; 《基层建设》2018年第19期论文;