IPS工法施工技术与监理监控要点分析

IPS工法施工技术与监理监控要点分析

梁承君

广州珠江工程建设监理有限公司广东广州510095

摘要：本文简要介绍IPS工法在广州地区的运用情况，重点介绍IPS工法施工技术及监理的过程监控要点。

关键词：IPS工法；预应力鱼腹梁工具式组合内支撑；工艺；监控方法；预应力；变形监测；优缺点；建议

一、IPS工法简介

1.1IPS工法的由来：

预应力高刚度鱼腹梁工具式组合内支撑系统，简称IPS工法（InnovativePrestressedSupportSystem的缩写），是基于预应力原理，针对传统混凝土内支撑、钢支撑的不足，通过大量的工程研究和实践应用，开发出的一种新型深基坑支护内支撑结构体系，它由鱼腹梁（高强低松弛的钢绞线作为上弦构件、H型钢作为受力梁、与长短不一的H型钢撑梁等组成）、对撑、角撑、立柱、横梁、拉杆、三角形接点、预压顶紧装置等标准部件组合并施加预应力，形成平面预应力支撑系统与立体结构体系。与传统混凝土内支撑、钢支撑相比，极大地提高了支撑体系的整体钢度和稳定性，结合远程实时监测系统，从而有效而精确地控制基坑位移，大幅减小基坑的变形。此项技术取得了深基坑支护内支撑技术的重大突破，是目前国际上最先进的内支撑技术。预应力鱼腹梁工具式组合内支撑作为深基坑的内支撑系统在广州地区是第一次运用，是该技术自韩国引进以来全国第11个工地。

相对于其他支护形式，其优点如下：1）对周围环境要求不高。2）可控开挖，即在开挖过程中，根据基坑变形或自身受力，适当进行针对性的二次加压或减压，调整整个支撑的受力与变形。3）可回收，节能环保。4）构件连接全用高强度螺栓，拆卸、安装较方便。

5）其自身构成形式，大跨度；可提供非常大的，且充足的挖土工作范围，方便挖土。

6）构件标准化管理，种类多种多样，吊装方便，且整个受力体系可大，也可小。

其主要的受力体系有三种：1）、对撑+鱼腹梁+对撑；2）、对撑+鱼腹梁+角撑；3）、角撑+鱼腹梁+角撑。

1.2预应力鱼腹梁工具式组合钢内撑的实例应用：

广州某工程基坑面积约35500m2，基坑开挖深度15.45米，基坑采用预应力鱼腹梁工具式组合内支撑工艺，共二道内支撑，每道支撑为双拼组合结构（通过次梁连接上下两层）共同受力。

对撑最大跨度为74.8m，中间钢立柱跨度为12.3m，鱼腹梁最大跨度为35m。构件之间均采用10.9级高强螺栓螺母（M24*80mm）将托座、支撑梁安装在型钢立柱上，牛腿、T型传力件与灌注桩的连接采用加焊钢板再行焊接的施工方法；对撑、角撑、鱼腹梁施加预应力后，使用专用工具拧紧全部连接螺栓。

工具式组合内支撑（材质均为Q345B）采用定制的标准件（对撑、角撑及立柱为H350*350*12*19mm，连接梁为H400*400*13*21mm，支撑梁为H300*300*10*15mm）进行现场安装；牛腿材料为角钢L90*90*10mm，现场焊接。对撑设计数量：第一道6根型钢；第二道7根型钢（第二层为8根）；第三道7根型钢；角撑6根型钢。平面布置图：

第三方监测机构对本基坑监测的最新结果：

1、基坑围护结构侧向位移累计变形最大CX23点（B区基坑西侧中南部）12.53mm（设计报警值为24mm）。

2、围护结构顶水平位移累计变形最大S47点（B区基坑东北侧）往坑外9.56mm（设计报警值为24mm）。

3、围护结构顶竖向位移累计变形最大S31点（B区基坑西侧第三道对撑处）4.70mm（设计报警值为24mm）。

4、钢对撑轴力累计最大为ZL8-2点（B区基坑北侧第一层内撑第二道对撑）1730.85kn（设计报警值为3200kn）。

5、钢对撑水平位移监测数据累计变形最大为LZ21点（B区基坑第三道对撑西北部）往北侧偏移15.79mm（设计报警值为24mm）。

6、鱼腹梁竖向位移监测累计变形最大LZ34点（B区基坑第三跨西侧围檩上）下沉13.66mm（设计报警值为24mm）。

综述：鱼腹梁及对撑的水平位移、沉降、支撑轴力累计变形较小，未发现异常情况，未超报警值，在监测周期内处于安全可控状态。

四、IPS工法的优缺点分析

工法优势：

1、装配式施工工艺极大减低了施工的技术难度，简化了施工步骤，降低了作业人员的技术门槛。

2、全部的支护构件可以重复使用，减低支护材料的损耗，符合国家的节能减排思想。

3、通过施加预应力，预留备用钢绞线，有效控制基坑围护结构和周边土体的变形。

4、大跨度钢结构内撑为主体结构提供充足的施工作业面，降低了B区基坑地下室结构的施工难度。

5、对环境影响小。

不足如下：

1、本工程用钢量非常大，达到3200T的钢材用量且钢构件均为母材采购，构件规格体型较大、批次数量巨大，堆放场地要求高。

2、本基坑长度为136M，采用三条大桁架钢结构对撑，设计上考虑支撑体系的整体受力，因而对开挖工作面的要求非常高，本基坑各工序之间难以进行有效的流水、交叉作业。

3、钢材用量大导致初始造价较高，并且使后续材料处理产生较大风险。

五、结束语

预应力鱼腹梁工具式组合内支撑在安全、质量、进度等方面有不同程度的优势，具备广阔的应用前景。

由于该技术是从韩国引进不久，在具体实施中仍存在较多不完善地方，以下是本人给这个新技术的一些改进建议，不足之处请多多包涵。

1、材料均为钢材，强度及刚度固然高，然而体系本身自重也大，因此支撑设计中除考虑基坑侧压力以外还需考虑材料重量的影响，这必然会导致设计体型巨大、复杂，工程量大大增加；因而后续改进中可研究采用高强轻型材料代替传统钢材，从而简化设计，降低造价。

2、新技术的应用因国内缺少相关规范、标准，致使施工工艺仍停留在较粗放的水平，精细化、标准化施工是后续的改良目标。

3、国内对采用预应力鱼腹梁工具式组合内支撑的基坑变形监控手段仍较薄弱，仅处于传统监控阶段，没有形成一套自身适用的精密的、全方位的监控体系，无法在实际项目中真实反映该支撑体系的设计理念，未真正完整地显示新技术自身的优越性；也无法提供全面的实测数据对设计理论进行深层次的实体论证而对后续设计进行优化。

参考文献

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[2]GB50319-2000建设工程监理规范

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[5]DBJ15-201-91建筑地基基础施工及验收规程

[6]GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范

[7]JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程

[8]JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程

[9]JGJ85-2010预应力筋用锚具.夹具和连接器应用技术规程

[10]DG.TJ08-61-2010上海基坑工程技术规范

[11]GJB02-98广州地区建筑基坑支护技术规定