深基坑預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐施工及經(jīng)濟效益分析

楊士玨,宣夢銓，孫占利，斯燁煜

(浙江八達建設(shè)集團有限公司,浙江 紹興 312000)

深基坑預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐施工及經(jīng)濟效益分析

楊士玨,宣夢銓，孫占利，斯燁煜

(浙江八達建設(shè)集團有限公司,浙江 紹興 312000)

以南通政務(wù)中心北側(cè)停車綜合樓深基坑為例,詳細闡明了該深基坑及其周邊的工況,剖析了在該基坑工況下基坑支護的選型方式——預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐支護技術(shù),對“預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐支護”從施工工藝流程及注意事項、經(jīng)濟效益比選及分析等方面進行了詳細的闡述,點明預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐支護技術(shù)有著良好的應(yīng)用前景,有利于我國深基坑支護技術(shù)實現(xiàn)建筑工業(yè)化、裝配化施工的轉(zhuǎn)型升級。

深基坑；工具式組合內(nèi)支撐；預(yù)應(yīng)力；魚腹梁

1 工程概況

本停車綜合樓項目位于南通市政務(wù)中心北側(cè)地塊,目前為地面停車場。該地塊擬建1棟16層總高度為60.3 m的停車綜合樓：地下兩層汽車庫,地上1層為大廳、廚房、餐廳,2～7層為汽車庫,8層西側(cè)為會議中心,東側(cè)為汽車庫,9～16層為業(yè)務(wù)用房。

本項目占地面積3 454.66 m2,總建筑面積為49 593.01 m2,地下建筑面積7 521.22 m2,地上建筑面積4 2071.79 m2。其中車庫建筑面積23 443.84 m2,廚房和餐廳建筑面積3 175.74 m2,會議中心建筑面積1 167.84 m2,業(yè)務(wù)用房建筑面積14 284.37 m2。

本工程地下為2層地下室結(jié)構(gòu),單層地下室施工面積為3 760.61 m2,本工程±0.000 m相當(dāng)于絕對標(biāo)高為+4.470 m。場地自然地面絕對標(biāo)高取+4.250 m,對應(yīng)的相對標(biāo)高為 -0.22 m,地下室底板墊層底標(biāo)高為-10.00 m,大面積底板開挖深度約9.78 m。

2 施工重點、難點分析及基坑支撐體系選型

本項目位于政務(wù)中心北側(cè)停車場地塊,現(xiàn)場施工用地非常緊張,“建筑物(地下室)外邊線”距離本項目“用電紅線”僅5～6 m 距離；而且本工程位于市中心,周邊道路管線復(fù)雜,人流量和車流量較大； 再者,本項目南側(cè)為南通市政務(wù)中心辦公樓,辦公樓與基坑邊線相隔一條6 m寬的道路,施工中必須盡可能減少對政務(wù)中心工作人員辦公的影響?；悠矫媸┕げ贾脠D見圖1。

綜上所述,本項目基坑開挖基本無放坡開挖的可能,基坑支護只有采用內(nèi)支撐的支護形式。傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護形式有兩種：現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼管支撐。現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)支撐雖然變形小、剛度大,能很好地控制地下室施工和基礎(chǔ)施工以及周邊鄰近建筑物、 道路和地下管線等公共設(shè)施的安全等問題,但由于這種支撐形式在拆除時,噪音大,對環(huán)境有害(影響南側(cè)政務(wù)中心工作人員辦公)；而且這種支撐形式不易于材料的回收,造價較高。而另外一種支護形式鋼管內(nèi)支撐雖說自重輕,利于施工,造價低,可回收利用,保護環(huán)境,但鋼管內(nèi)支撐剛度小,易失穩(wěn),需要豎向水平支撐。

圖1 基坑平面施工布置圖

鑒于此,針對本項目基坑的實際情況,一種“深基坑預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐施工技術(shù)”很好地解決了上述困難。該“深基坑預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐體系”是由標(biāo)準(zhǔn)件、輔助件和非標(biāo)準(zhǔn)件,經(jīng)螺栓聯(lián)結(jié),裝配而成的基坑支護體系。通過對裝配式魚腹梁下弦鋼絞線、對撐和角撐構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力,張緊的鋼絞線在魚腹梁支撐桿上產(chǎn)生較大的反作用力,從而形成了具有較大抗彎剛度的大跨度圍檁結(jié)構(gòu),大大減少了作用于魚腹梁圍檁上的彎矩。將預(yù)應(yīng)力魚腹梁通過專用節(jié)點與施加預(yù)應(yīng)力的對撐和角撐組合,形成完整的預(yù)應(yīng)力支撐系統(tǒng),抵抗作用于圍檁上的彎矩,控制彎曲變形；最關(guān)鍵的是,支撐系統(tǒng)上預(yù)加的預(yù)應(yīng)力使圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向坑外的超前位移,擠壓坑外土體產(chǎn)生被動土壓力,基坑開挖過程中,土壓力由被動土壓力逐漸向主動土壓力轉(zhuǎn)化,在一定程度上抵消了一部分的土壓力和位移,從而實現(xiàn)對位移的有效控制[1-2]；更重要的是,該支撐體系施工無噪音,可重復(fù)裝配、拆卸和循環(huán)使用,成本低廉,符合國家節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)化政策,因此，該技術(shù)無疑是典型的綠色施工技術(shù)。

具體地說,針對本工程的基坑采用圍護樁+一道預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐,圍護樁為SMW工法樁(Φ850@1 200三軸水泥攪拌樁,“隔一插二”H700×300×13×24),基坑設(shè)計剖面圖、斷面圖及預(yù)應(yīng)力魚腹梁支撐系統(tǒng)平面圖見圖2～4。

3 施工工藝流程及注意事項

3.1 施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐施工工藝流程圖見圖5。

3.2 施工注意事項

1) 施工前應(yīng)編制安裝計劃和構(gòu)(配)件供應(yīng)計劃。

2) 配合土方施工,同步進行焊接、布置牛腿；開槽后安裝托座件及支撐梁固定。

圖2 典型剖面圖

圖3 A-A斷面圖

3)方鋼管混凝土立柱施工采用錨樁機引孔、60 kW振動錘送樁的方法(圖6),坑底引孔部分噴入水泥漿(水泥摻量25%)；送樁時配置1臺S3水準(zhǔn)儀,在送樁桿上預(yù)先劃好標(biāo)記以控制樁頂標(biāo)高。

4)牛腿(托架)與圍護結(jié)構(gòu)既有鋼件對接過程中,須有測量技術(shù)員全程對牛腿的垂直度、標(biāo)高、水平度等進行監(jiān)控。焊好的鋼牛腿須保證三處連接部位牢固可靠,有足夠的穩(wěn)定性,不得出現(xiàn)歪扭、虛焊現(xiàn)象(圖7)。

5) 圍檁安裝應(yīng)遵循“先長后短,減少接頭數(shù)”的原則,優(yōu)先使用較長圍檁,特別是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的構(gòu)件,以減少接頭數(shù);圍檁施工質(zhì)量驗收堅持“過程驗收為主,完工驗收為輔”的原則(圖8)。

圖4 預(yù)應(yīng)力魚腹梁支撐系統(tǒng)平面示意圖

圖5 預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐施工工藝流程圖

圖6 方鋼管混凝土立柱施工

圖7 牛腿(托架)與SMW工法樁中H型鋼翼緣焊接施工

圖8 型鋼與冠梁組合圍檁施工

圖9 托座件安裝施工

6)托座件的安裝務(wù)必控制其水平標(biāo)高,通過角撐、對撐、魚腹梁的定位標(biāo)高反推其頂面水平標(biāo)高;托座件的安裝要求嚴格控制垂直度,即使立柱樁發(fā)生偏位,托座務(wù)必要通過加墊鋼板達到垂直要求(圖9)。

7)角撐安裝:角撐與圍檁之間有夾角,不宜直接安裝并施加預(yù)應(yīng)力；每道角撐安裝前應(yīng)先在地面進行預(yù)拼接,并檢查預(yù)拼后支撐的順直度,經(jīng)檢查合格后按部位進行整體吊裝就位(圖10)。

圖10 角撐安裝施工

圖11 魚腹梁安裝施工

8)魚腹梁安裝

①魚腹梁安裝應(yīng)按照設(shè)計跨度在地面進行預(yù)拼,螺栓緊固務(wù)必達到設(shè)計及規(guī)范要求(圖11)。

②安裝用千斤頂、油表必須進行定期標(biāo)定,并做好記錄。預(yù)應(yīng)力筋下料時采用砂輪機切斷,不得使用氧氣、乙炔切割和電焊切斷,以免燒傷預(yù)應(yīng)力筋。鋼絞線張拉應(yīng)力值符合設(shè)計要求,張拉伸長率無異常。

③魚腹梁預(yù)拼完成后整體起吊擺放在支撐牛腿上,支撐起吊后兩端由人工牽引,確保支撐整體穩(wěn)定。

④鋼絞線實施張拉時,應(yīng)使張拉千斤頂?shù)淖饔镁€與鋼絞線的軸線重合一致。

⑤鋼絞線張拉應(yīng)按順序逐根進行,考慮因鋼絞線之間摩阻力的影響,每層分別分三次張拉。

9)連接工藝

①構(gòu)件中心的位置調(diào)整完畢后,即可安裝高強螺栓。扭剪型高強螺栓墊圈應(yīng)安裝在螺母一側(cè),并注意螺母和墊圈的安裝方向,不得裝反。

②遇有高強螺栓不能自由投入孔內(nèi)時,不得強行打入,應(yīng)先用鉸刀進行擴孔或修孔后,再穿入,但修孔后,孔徑不得大于原孔徑2 mm。

③安裝時先在安裝臨時螺栓余下的螺孔中投滿高強螺栓,并用扳手緊固后,再將臨時普通螺栓逐一以高強螺栓替換,并用扳手擰緊。

④螺栓孔眼不對,不得任意用氣割擴孔或改為焊接。

⑤高強螺栓的緊固,應(yīng)分兩次擰緊：第一次為初擰,第二次緊固為終擰。應(yīng)緊固到標(biāo)準(zhǔn)拉力偏差不大于±10%。

⑥每組擰緊順序：應(yīng)從節(jié)點中心部位開始逐步向邊緣(兩端)施擰；整體結(jié)構(gòu)的不同連接位置或同節(jié)點的不同位置,有兩個連接構(gòu)件時,應(yīng)先緊主要構(gòu)件,后緊次要構(gòu)件。

10)變形監(jiān)測

工具式支撐系統(tǒng)的變形監(jiān)測一般與基坑監(jiān)測同步進行,監(jiān)測內(nèi)容有整體相對水平位移、構(gòu)件軸力變化(圖12)。

圖12 監(jiān)測點設(shè)置

①整體相對水平位移監(jiān)測：監(jiān)測點位置一般設(shè)置在與鋼圍檁平行的正上方,固定后拉鋼線且設(shè)置鋁質(zhì)發(fā)射板,數(shù)量根據(jù)工程大小確定。監(jiān)測頻率正常情況下2～3次/d,異常情況下4～6次/d。

②構(gòu)件軸力監(jiān)測：采用弦式反力計或應(yīng)變片直接布置于裝配式鋼支撐構(gòu)件主要受力點,通過傳導(dǎo)電纜線將變形應(yīng)力進行集成,監(jiān)測頻率正常情況下1～2次/d,異常情況下3～6次/d。

③專業(yè)人員分析監(jiān)測結(jié)果,并及時通報各方。

11)預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐的拆除

①支撐拆除前必須對拆除區(qū)域的預(yù)應(yīng)力進行釋放,其單次預(yù)應(yīng)力釋放順序：魚腹梁→角撐對拆除區(qū)域的預(yù)應(yīng)力釋放遵循分級循環(huán)釋放的原則,采用3輪進行預(yù)應(yīng)力釋放,見圖13。

②工具式組合內(nèi)支撐拆除前,應(yīng)先進行可靠的換撐工作(局部斜換撐施工結(jié)束),結(jié)合南通政務(wù)中心北側(cè)停車綜合樓深基坑圍護工程地下主體結(jié)構(gòu)施工考慮,支撐拆除區(qū)域內(nèi)預(yù)應(yīng)力采用分級卸載方式,并且安全卸載后,需觀察4～5 h基坑變形情況,等穩(wěn)定后再吊運鋼構(gòu)件,以保證基坑的安全穩(wěn)定(圖14)。

圖13 預(yù)應(yīng)力釋放圖

圖14 預(yù)應(yīng)力魚腹梁拆除前、卸荷后

③預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式鋼支撐的拆除順利一般按安裝的逆序進行(監(jiān)測→釋放鋼絞線預(yù)應(yīng)力→拆除角撐及魚腹梁→拆除鋼圍檁及支撐梁→拆除牛腿及方鋼管混凝土立柱),且嚴格遵守設(shè)計要求(圖15)。

④支撐拆除前現(xiàn)場施工隊須做好應(yīng)急準(zhǔn)備(應(yīng)急物資、設(shè)備須到場),同時做好變形監(jiān)測等工作。

⑤拆撐前還須劃分坑周保護區(qū),滑裂面3.0 m范圍以內(nèi)為重點保護區(qū),拆除過程中嚴禁過量堆載(通常情況下堆載不宜大于20 kN/m2)。

⑥魚腹梁拆除時若現(xiàn)場條件允許,可以整體卸除預(yù)應(yīng)力后直接吊裝至地面進行分解；若不具備整體移吊條件,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境,拆除鋼絞線后,先拆分后吊運鋼構(gòu)件。

⑦支撐體系的預(yù)應(yīng)力釋放之后,開始拆除支撐連接處的下部螺栓,上部螺栓只須擰松即可。

⑧鋼支撐拆除后應(yīng)進行整理,凡構(gòu)件變形超過規(guī)定要求或局部殘缺的應(yīng)進行校正修補。支撐應(yīng)分層堆放整齊,高度一般不超過4層,底層鋼支撐下面應(yīng)安設(shè)好墊木。

圖15 預(yù)應(yīng)力魚腹梁拆除施工

4 經(jīng)濟效益比選及分析

本工程采用預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐技術(shù)方案比傳統(tǒng)鋼筋混凝土內(nèi)支撐技術(shù)方案在環(huán)保、施工便利、施工成本、施工安全等方面有著明顯的優(yōu)勢。見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐與傳統(tǒng)鋼筋混凝土內(nèi)支撐的比較

5 結(jié) 語

通過對該項目深基坑預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐裝配式施工工藝流程的系統(tǒng)介紹，并就預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐和傳統(tǒng)鋼筋混凝土內(nèi)支撐從七大方面進行比較，闡明相對于傳統(tǒng)鋼筋混凝土內(nèi)支撐， 預(yù)應(yīng)力魚腹梁工具式組合內(nèi)支撐技術(shù)具有安全可靠、變形動態(tài)控制、縮短工期、施工便利、節(jié)省造價、環(huán)保節(jié)能等一系列優(yōu)點,符合國家建筑工業(yè)化政策導(dǎo)向，是典型的綠色施工技術(shù)，其有著良好的發(fā)展和應(yīng)用前景,并有利于我國深基坑支護技術(shù)實現(xiàn)建筑工業(yè)化、裝配化施工的轉(zhuǎn)型升級。

[1] 黃茂松,王衛(wèi)東,鄭剛.軟土地下工程與深基坑研究進展[J].土木工程學(xué)報,2012(6):146-161．

[2] 劉發(fā)前,盧永成.裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁內(nèi)支撐系統(tǒng)的利與弊[J].城市道橋與防洪,2013(7):117-125．

Support Construction in the Prestress Abdominal Beam Tule-Type Group of Deep Foundation Pit

YANGShijue,XUANMengquan，SUNZhanli，SIYeyu

2016-09-14

楊士玨(1979—),男，湖北孝感人，高級工程師，從事工程技術(shù)管理工作。

TU470+.2

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1008-3707(2017)01-0042-08