龚 华

(安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601)

临近既有建筑物的水环境综合治理项目深基坑工程施工，其传统支护工艺通常采用钢筋混凝土水平支撑方式，在安装和拆除过程中存在工期长、造价高、污染环境、限制基坑土体开挖、变形量及位移无法再次控制、支撑体系无法再次利用等问题。

1 工程概况

南淝河中游重点排口初雨污染控制工程，为目前合肥市极为重要的河道治理项目，该项目中调蓄基坑开挖深度为14.70m，最大为16.70m，基坑周边长度为350m，总开挖面积为6875m2。

2 工艺原理

对拱形水平杆件上布设的钢绞线施加预应力，通过围檩传递于围护结构，约束基坑变形，并根据监测数据动态调节支撑系统预应力。拆撑过程中，通过设置素混凝土换撑带及支撑，限制支撑变形，解决了传统转换支撑带来的结构防水难题，确保了基坑安全施工(见图1)。

图1 工艺流程

3 施工方法

3.1 施工准备

根据施工顺序进行构件吊装，分别进行构件摆放与管理。分析现场地质、水文等条件，执行设计方案要求，落实基坑围护结构部分的施工。

3.2 立柱桩施工

灌注桩灌注至设计标高后，立即用液压振动锤振动将立柱送至设计标高，立柱插入最迟在混凝土灌注结束后半小时内完成；型钢插入过程中，如果地下有障碍物，极易造成隔离桩出现偏移的情况，应及时拔出型钢，在障碍物清理工作结束后，才能进行回填施工；再次进行放样、插桩作业。

由专业技术人员按照设计方案进行立柱腹板方向设置，在现场使用一段长2.35m的白色型钢定位线标记翼板，型钢插入的环节，翼板与白色定位线紧密贴合，达到施工精度的要求。

3.3 安装牛腿托架

牛腿焊接前，将连接部位上的混凝土保护层清理干净，裸露出灌注桩主筋2～3根后进行钢板的连接，再焊接牛腿。焊接完毕的牛腿应达到牢固、稳定的标准，不会有歪斜或者焊接缺陷等问题，并保证偏差控制在设计方案内。

3.4 围檩、托架安装拼装

3.4.1 围檩安装

围檩安装中，应根据“先长后短，减少接头数”的工艺要求进行安装施工；围檩随着支撑安装顺序逐一吊装作业，人工联合吊机的方式将围檩安装到牛腿支架上，并在焊接后检查是否存在松动等问题，如果发生松动，应及时补焊。

通过埋入螺栓的方式进行冠梁的连接，围檩与地脚螺栓进行稳定连接，使用套筒旋转连接；在围檩内侧放置垫片，每米数量控制在4个以上。

螺栓紧固连接分两次进行，第一次初拧，扭矩为标准值的50%～70%，第二次终拧到设计标准，且偏差控制在±10%以内。

3.4.2 托架安装

托架安装后，水平方向偏差控制在±5mm以内；加强垂直度的控制，如果立柱桩存在偏差严重的情况，拖座利用加垫钢板的方式达到垂直的标准；立柱与拖座螺栓连接方向是相同的。

预应力施加作业前，组织专业技术人员进行各个部位的检查，保证托架与各个结构的连接达到牢固、稳定的标准，达到连接效果的要求。通过连接控制，预应力支撑结构刚度性能合格。

3.5 拱形装配式支撑部件安装

装配式支撑部件安装工艺为：拱形梁→角撑→对撑→传力件。

3.5.1 拱形梁安装

拱形梁以设计方案为基础，进行结构试拼作业，螺栓连接效果合格。拱形梁预拼工作结束后，整体结构吊升到支撑牛腿上，并组织两人使用牵引绳进行牵引作业，支撑结构符合稳定性标准；钢绞线直接安装到拱形梁部位上，按设计方案进行锚具安装。拱形梁稳定连接，并应用张拉器将其拉到平直度要求(见图2)。

图2 拱形梁安装

3.5.2 角撑安装

角撑安装工作开始前，应进行预拼检查，支撑结构的整体性合格，且位置精度合格，中心线偏差不超过2cm，符合要求后，才能开始整体吊装。角撑预拼环节，应用螺栓进行千斤顶稳定连接，并留有足够的余量，以满足正常施工的要求。

3.5.3 对撑安装

如果现场空间比较充足，可以先在地面进行对撑预拼，平面达到平直度的要求，两侧支撑结构部件的偏心差不超过±2mm；对撑就位安装到规定部位上，选择四点吊装作业，并将吊点设置在距离端部0.2L位置上；对撑两侧安装完成后，位置偏差不超过20mm，并且不超过总长度的1/600；对撑挠曲度在整体的1/1000以下；相邻对撑的水平轴线偏差不超过30mm，并且与钢围檩夹角都达到设计要求，不会因为偏心而发生失稳的问题；对撑连接严格控制，各个部件的位置精度合格，避免出现偏心的问题。

3.5.4 传力件安装

3.6 施加预应力

3.6.1 预应力施加顺序

预应力施加顺序见图3。

图3 预应力施加顺序

3.6.2 对撑、角撑施加预应力

用液压千斤顶在对撑、角撑加压段部位施加预应力顶紧，施加完毕后用钢垫板支撑，保持施加预应力的状态；千斤顶、油表在使用前，应进行标定处理，还要记录各项技术参数。

3.6.3 拱形梁施加预应力

钢绞线张拉前，应做好各个部位的检查，符合要求才能投入施工；钢绞线张拉按照施工顺序进行，从小到大逐一张拉施工。首先应张拉到设计要求的50%、80%，符合稳定性要求后再逐步加载到100%。张拉荷载保持15min，锚头没有位移情况后锁定；张拉钢绞线的环节，应加强伸长率、预应力等检测和控制，做好施工环节记录工作，并存档。

3.7 下层土方分层开挖

每个部分的张拉施工结束后，施加预应力，根据工艺方案先进行张拉施工，再进行土方开挖施工，避免发生失稳的问题。开挖至下一层支撑安装标高处，循环施工装配式支撑部件的拼接以及预应力施加。

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3.8 监测与应急处理

3.8.1 监测

监测内容如下：对撑、角撑轴力；钢绞线张拉力；腰梁应力；挡土结构、坑外土体水平位移；立柱竖向位移。

安装自动连续监测系统，进行水平支撑结构应力监测；对撑、角撑轴力监测中，测点的设置极为重要，一般都要布置在支撑轴力比较大或者主要承载结构部分，以得出最精确的参数，如此才能了解是否满足运行的要求；拱形梁钢绞线拉力监测中，一般都要设置在中间部位上；每一道支撑结构的监测数量，至少应该为支撑拱形梁钢绞线总数量的2%，并且不能少于3个；对于拉力监测，使用磁通量传感器进行；腰梁应力监测极为重要，通常将其设置在拱形梁的腰梁上，应使用具备自动测量和记录功能的测斜仪；对撑、钢绞线拉力、腰梁应力等应符合承载性能的要求，或者按照材料规定强度的80%作为设计预警参数值进行设计。

3.8.2 应急处理

对撑、角撑缓慢地在坑内移动，并且逐步接近预警值，然后将其布置在一个角撑或者对撑结构上，并应用千斤顶进行调节，保持形变达到稳定性，并确定轴力参数；调节环节，应逐步增大压力，实时反馈变形的监测结果和变化趋势，以调整加载速率和加载量。

拱形梁向坑内水平位移接近或达到报警值，对于拱形梁钢绞线施加预应力，如果发现不合格应进行补张拉施工；对于备用钢绞线来说，则采用逐一张拉的施工方式，张拉时随时监测变形量，达到变形稳定状态后，立即终止张拉；腰梁轴向应力在临近报警值的位置上，需要在钢腰梁的部位上，直接灌入速凝、微膨胀的混凝土材料；对撑或角撑施加的应力即将达到预警参数时，应先在对撑、角撑端部位置的挡土结构处堆土反压，并通过适当地增加对撑或者角撑的数量，以减小作用力；螺栓连接出现断裂时，如果断裂的部位有较多螺栓孔，在该位置上应增加螺栓数量，也可以采取焊接方式连接；当螺栓无法增加时，可在剪断处加焊钢板连接。

3.9 安装换撑体系、拆除支撑体系

3.9.1 换撑顺序

换撑顺序为：主体结构底板施工→浇筑素混凝土换撑带→拆除底层拱形梁装配式支撑→安装斜抛撑→主体结构板墙施工→浇筑中间层传力带→拆除上层支撑。

3.9.2 浇筑素混凝土换撑带

主体结构底板施工中，按照设计方案的要求，在底板与围护结构浇筑混凝土，在结构达到强度要求后，应将底部拱形梁支撑拆除。

3.9.3 浇筑中间层传力带

主体结构底板施工完毕后，利用底板上设置的混凝土牛腿安装斜支撑，斜支撑顶部位于结构外墙内侧；考虑斜支撑与建筑物支撑架交叉，板墙进行钢筋制安时，在板墙钢筋中预埋支撑钢板，用临时排架支撑斜撑，保证板墙钢筋不受斜支撑自重影响整体偏移；板墙模板安设后，斜支撑与板墙一起成型，待板墙混凝土强度达到设计要求后，拆除斜支撑临时支撑。

板墙混凝土强度满足拆模要求后，拆除中间层传力带处外模板，在外墙和围护结构之间浇筑传力带钢筋混凝土。

3.10 设备材料退场

随着工程不同阶段施工任务的完成，由远及近将分散和距离较远工作面上的机械设备向项目营地或较大的存放场地集中；小型机械、实验室设备、零配件等分类包装，统一存放。

4 质量控制

支撑结构在施工中，每个工序按照要求进行，加强各个工序质量检查。检验环节，每项指标进行检测控制，各项指标都应符合设计方案的要求。

4.1 钢支撑部件下料质量控制

H型钢材质应超过Q345B钢，其他结构部件用不低于Q235B钢材制作；钢绞线选择使用高于1860级的高强度低松弛无黏结钢绞线；预应力钢绞线在施工中，应用夹片锚具，其材质应超过合金钢；螺栓连接应选择高强度螺栓，强度等级不低于10.9级。

4.2 现场拼装的质量保证措施

拼装工作开始前，施工人员要对设计方案有足够的了解，执行工艺方案的要求，并对各个部件进行全面检查，保证外观、规格、数量、材质等全都合格，达到标准要求后才能继续施工。

焊接开始前，应对焊接周边部位进行清理处理，保证焊接周边30～50mm范围内没有任何锈蚀、毛刺、污垢等，确保焊接质量合格。

板材、型材拼接焊接，应在各个部件组装前完成；各个部件制作结束后，经检查符合要求，才能开始整体拼装施工。加强构件检测和控制，对隐蔽部件，先焊接、涂装，经过质量检测全部合格后，才能继续进行装配施工。

4.3 支撑体系的保护

按照设计要求切实落实方案中拱形梁、对撑以及角撑的斜拉固定措施，验收合格方可进行下道工序。预应力筋下料应采用砂轮机切断，不得使用氧气、乙炔切割和电焊切断。拱形梁桥架与钢绞线接触部位加工成墩柱形式。

5 工程实施效果

为有效控制深基坑的变形，保证施工安全，在施工过程中对调蓄池基坑支护采用水平可调节拱形装配式钢支撑施工工法，避免出现深层土体发生较大位移变化的情况，基坑连续性开挖施工中，深层土体位移速度会不断降低，可以有效控制变形发展，提高结构整体性与稳定性。各类钢构件可重复使用，施工成本较传统混凝土支撑降低了23.5%，同时保证了施工质量，取得了良好的经济及社会效益。

6 技术创新点

采用预应力水平拱形可调节桁架组合式钢支撑体系，增强了水平支撑作用，减小了基坑变形，提高了基坑整体稳定性。采用多功能监测警报系统，根据监测数据调节支撑系统预应力，保障了支撑体系的有效性和安全性。显著降低了支撑体系对基坑施工空间的影响，提高了基坑施工效率。

7 结 语

基坑变形是重要问题，而提高结构刚度与强度是确保基坑性能的关键。与传统的混凝土支撑、钢支撑相比，应用可调节拱形装配式钢支撑形式，应用远程监测系统可以随时掌握变形数据,从而有效而精确地监测基坑位移，实时监测基坑的变形，准确可靠，具有良好的社会效益。