大跨度双向水平钢支撑施工技术

大跨度双向水平钢支撑施工技术

黄义军赵瑞华王聪吴开佑

中国建筑第八工程局有限公司201204

摘要：结合某酒店项目深基坑支护施工案例，对该深基坑采取的三轴水泥土搅拌桩（SMW工法）+609钢管双向水平钢支撑支护结构的施工技术进行了系统的探讨，对支撑立柱施工、钢管支撑安装、预应力施加、过程监测、常见施工问题及措施等内容进行了详细论述，对国内深基坑双向水平钢支撑施工具有一定的参考价值。

关键词：大跨度基坑；基坑支护；双向水平钢支撑

1工程概况

1.1工程简述

本工程为某酒店项目，一层地下室，基坑东西跨长80m左右，南北跨长140m左右，呈不规则多边形。基坑南侧、西侧紧邻市政道路，北侧紧邻河道，东侧为待开发地块。由于现场施工场地十分狭窄，并考虑到基坑开挖过程中可能会对周边市政道路及河道造成的不利影响，设计采用三轴水泥土搅拌桩内插H型钢（SMW工法），并加一道609钢管双向水平钢支撑作为支护结构。

拟建场地无暗浜、明浜等不良地质条件分布。场区西北角受古河道切割影响，缺失第⑥1层暗绿色硬土层。开挖深度内为粉质黏土。场地浅部地层中地下水属潜水类型，补给来源主要为大气降水与地表径流，地下水埋深在地表以下1.86m～2.15m。

基坑普遍开挖深度5.9m，局部深坑开挖深度7m，基坑安全等级为3级。标高、挖深数据详见表1。

表1基坑开挖标高、深度表

1.2钢支撑方案

本工程基坑各侧普遍距离红线相对较近,采用SMW工法桩结合φ609×16的钢管对撑+角撑的围护方案。支撑体系压顶冠梁采用钢筋混凝土梁,内部水平支撑均采用钢支撑的形式。压顶梁采用强度等级为C35的混凝土材料,水平支撑体系(包括对撑、角撑、连杆)均采用Q235B级的钢材。压顶梁截面尺寸1100mm×700mm，中心标高-1.300m。连杆采用H400×400×13×21型钢。

竖向支承体系采用H400×400×13×21的型钢兼做立柱和立柱桩,型钢立柱总长为15m（局部深坑加长）,入土深度至少为9m。型钢立柱在穿越底板范围内设置止水片。

型钢立柱与钢支撑平面布置图见图1。

图1型钢立柱与钢支撑平面布置图

2施工方法

2.1施工原则

深基坑开挖和钢支撑施工是基坑工程的关键，要把握好基坑开挖过程中的时空效应规律，严格按照先撑后挖、随挖随撑、限时作业的原则，尽量缩短基坑无支撑状态下的暴露时间，有效控制基坑变形量。

做好施工过程沉降监测，发现问题，及时反应。

2.2施工工艺流程（见图1）

3施工要点

3.1施工准备

按照基坑围护结构图纸尺寸，配备φ609×16钢管支撑、活络接头、预埋钢板、十字整体接头、型钢连杆、型钢立柱等材料。各种材料必须经质量检验合格后方能进场。

按照设计图纸对钢支撑进行编号，并符合压顶梁上与钢支撑连接的牛腿位置、角度尺寸，复核无误后进行标记。

根据现场土方开挖进度，按照支撑编号提前分阶段组织材料进场，做好支撑安装前的设备、人员准备工作。

3.2型钢立柱和压顶梁施工

待工法桩完成施工后开始型钢立柱施工。桩采用履带式挖掘机（带震动锤机）施打，施打前一定要熟悉地下工程桩的情况，认真测量标示出准确的位置。打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整合格后才可使用。在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度，当偏斜过大时，拔起重打。

压顶梁施工流程：挖土施工粗放压顶梁灰线做垫层精放支撑位置线区段内压顶梁钢筋绑扎及验收（预埋件埋设）模板安装与固定垃圾清理混凝土浇捣。

挖土至压顶梁底标高后，按设计图尺寸现场定位放样，放出压顶梁的灰线。砼支撑侧模采用木模，并在支撑高度1/2处穿M14对拉螺栓固定，上铺塑料薄膜纸。

3.3钢管支撑安装

3.3.1施工流程：测量定位→起吊→安装→施工预应力→使用

3.3.2施工方法

（1）测量定位

钢支撑施工之前应做好测量定位工作，测量定位工作基本上与混凝土支撑的施工相一致，包含平面坐标系内轴线控制网的布设和场区工程控制网的布设两大方面的工作。

钢支撑定位必须精确控制其平直度，以保证钢支撑能轴心受压，一般要求在钢支撑安装时采用测量仪器（卷尺、水准仪、塔尺等）进行精确定位。安装之前应在围护体上做好控制点，然后分别向围护体上的支撑埋件上引测，将钢支撑的安装高度、水平位置分别认真用红漆标出。

（2）支撑加工

钢支撑加工采用厂家生产加工，施工现场吊装固定的方式。本工程选择有钢结构资质的分包单位进行在车间集中进行放样、号料、切割、加工。

（3）钢管支撑的吊装

钢支撑施工时，空间上无遮拦相对有利，支撑长度不大时，可将纵向或者是横向的支撑在基坑外按设计长度拼接形成整体，其后在1~2台吊车采用多点起吊的方式将支撑吊运至设计位置和标高，进行某一方向的整体安装，但另一方面的支撑需根据支撑的跨度进行分节吊装，分节吊装至设计位置之后，再采用螺栓连接或者焊接连接等方式与先行安装好的另一方向的支撑连接整体。

（4）预加轴力

钢管支撑端部采用可施加预应力的活络头子,钢支撑每根钢管施加1000kN预应力,分为500kN、500kN两级施加。混凝土压顶梁达到设计强度的80%后方可施加钢支撑预应力,预压力的施加应在支撑的两端同步对称进行;预压力应分级施加重复进行,加至设计值时,应再次检查各连接节点的情况,必要时对节点进行加固,待额定压力稳定后锁定。

由于纵横向水平钢支撑相互影响，预应力施加过程中极易造成两个方向的支撑发生扭曲变形，后期调校十分困难。因此，预应力施加过程中一定要精准控制每一根钢支撑上施加的预应力值，并做好过程监测控制，发现问题，立即纠偏整改。

（5）钢支撑施工验收如下：

a钢支撑端部水平向和竖向偏差不得大于10mm;

b支撑挠曲度不大于支撑长度的1/1000;

c钢支撑轴向偏差不大于1/300。

3.4换撑

本工程换撑体系包括基坑周边的底板钢筋混凝土上翻牛腿、底板后浇带内型钢换撑以及贴边局部深坑区域的斜型钢换撑。底板素混凝土板带、底板后浇带内型钢换撑在基础底板浇筑的同时施工,待底板施工完成并达到设计强度的80%后施工贴边局部深坑区域的斜型钢换撑及其砼牛腿。斜型钢换撑平面避让水平支撑体系,待地下室结构施工完成且基坑完成回筑后闷拆。

3.5支撑拆除

钢管支撑及型钢支撑拆除应待基础底板、基坑周边底板素混凝土板带及斜型钢换撑形成并达到设计强度的80%以上方可实施，并且在拆撑时采取有效措施保护结构梁板、围护桩及支撑型钢立柱，防止拆撑过程中对结构造成不良影响。拆除时，首先释放预应力，先斜撑后对撑，先周边后中间。所有拆除的支撑材料及时解体并运出场外。

4支撑施工中常见质量问题

4.1型钢立柱定位偏差，造成托架偏心受力。

4.2预应力施加过程中，两个方向的水平钢支撑相互影响，造成支撑扭曲。

4.3钢支撑与围檩斜交处的混凝土牛腿定位偏差，预应力施加过程中出现牛腿被压碎、开裂的现象。

4.4土方开挖过程中，拉土车碾压、局部土方堆载等情况造成水平支撑的翘曲变形。

4.5底板施工进度缓慢，基坑变形积累加剧，造成支撑变形不断增加。

参考文献

[1]杨柏和.型钢水泥土搅拌桩围护的基坑钢支撑工程施工技术[J].铁道工程学报，2004.9

[2]李松.大跨度基坑钢支撑施工技术[J].建筑技术开发，2013.4

[3]贾云燕.深基坑钢支撑施工技术探讨[J].工程技术，2014