预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工技术

预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工技术

王春阁 陆云峰 董松

江苏南通二建集团有限公司 226200

[摘要]：预应力鱼腹梁工具式组合内支撑系统是由鱼腹梁(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。

[关键词]：鱼腹梁；预应力；支撑

1.工程概况

（1）金山区金山新城JSC1-0701单元01-04地块，位于金山区山阳镇，戚家墩路以东、隆安东路以北、杭州湾大道以西。总建筑面积346683平方米，地上建筑面积243950平方米，地下建筑面积102733平方米。主要建筑为16幢22~26层住宅及配套商业、附属设施，整体设一层/二层地下车库。

（2）基坑规模：整体地库基坑总面积约为74500m2，外圈围护总长度约为1360m；独立地下室基坑面积约为615m2，外圈围护总长度约为120m。

（3）场地标高：根据地质资料，拟建场区属滨海平原地貌类型。勘察期间场地内地面绝对标高为+4.240～+5.540，本次设计自然地面绝对标高取为+4.700，施工前场地需整平至此标高。基坑挖深：

（4）预应力鱼腹梁工具式组合内支撑情况：金山区金山新城JSC1-0701单元01-04地块工程基坑地下二层车库采用一道预应力鱼腹梁工具式组合内支撑工艺+局部混凝土支撑。其中钢结构角撑最大跨度为82.799m，鱼腹梁最大跨度为36m，混凝土対撑跨度为136.509m。构件之间均采用10.9级高强螺栓螺母（M24×80mm）将托座、支撑梁安装在立柱上，角撑、鱼腹梁施加预应力前，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）采用固定工厂加工定制的标准件进行现场安装。

基坑整体渲染图

2. 预应力鱼腹梁工具式组合内支撑施工工艺

2.1工艺原理

预应力高刚度鱼腹梁工具式组合内支撑系统,简称:IPS工法，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。

2.2施工工艺

2.2.1立柱施工

放样数据计算、复核：施工放样（小样桩）采用极坐标法，根据业主（或总包单位）提供的坐标基准（控制）点、定位图纸及桩位图先计算出每根桩的坐标，填制好施工单，经过独立的计算人、校对人分别复核并签字认可，且确认不与主体结构冲突，并预留足够的施工空间。

IPS钢支撑立柱采用∅800钻孔灌注桩，内插350X350x10方钢管,内部填实C30素混凝土；砼支撑立柱采用460x460钢格构柱，一般砼支撑下角钢采用4L140X14，栈桥支撑下角钢采用4L160x14；立柱桩采用直径∅800钻孔灌注桩，设计桩身强度C30(水下浇筑混凝土C35)。构件必须挺直，连接应牢固。

2.2.2牛腿施工

基坑四周闭合边线上的钢牛腿设置应控制其上围檩中心线在同一个水平面。牛腿焊接前须彻底清理连接部位（如预埋钢板等），清理干净焊接范围内的铁锈、油污、砼残留物等杂物。焊好的钢牛腿须保证三处连接部位牢固可靠,有足够的稳定性。

牛腿与围护灌注桩焊接时，需要在牛腿的焊接部位进行部分灌注桩破桩，再焊接钢板在主筋上，整个过程中须有测量技术员全程对牛腿的垂直度、标高、水平度等进行监控。

2.2.3围檩安装

安装围檩应遵循“先长后短，减少接头数”的原则，优先使用较长围檩，特别是标准节的构件，以减少接头数。

围檩随支撑架设顺序逐段吊装,人工配合吊机将钢围檩安放于牛腿支架上,围檩就位后应检查钢牛腿是否因撞击而松动，如有松动立即补焊加固。围檩的连接部位和搭接部位必须满足强度要求，使用摩擦型高强螺栓紧固连接。高强螺栓连接副组装时，螺母带圆台面的一侧应转向垫圈有倒角的一侧。对于M24大六角高强螺栓连接副组装时，螺栓头下垫圈有倒角的一侧应转向螺栓头，切忌装反。

高强螺栓紧固：将扳手套在预紧后的高强螺栓上，内套筒插入螺栓内部的梅花头，然后微转外套筒，使其与螺母对正，并推至螺母根部。按通电源开关，内外套筒背向旋转将螺栓紧固。高强螺栓紧固分两次进行，待紧固到设计扭矩时，将电源关闭，外套筒脱离螺母，紧固完毕。拼接的整个钢围檩体系务必确保双榀或多榀型钢构件形成整体、共同受力。基坑转角处，两个方向围檩端头必须紧贴转角（着实受力），并采取有效的措施保证两个方向围檩的连接。

第一道钢围檩与圈梁施工示意

2.2.4托座与支撑梁安装

托
座件的安装要求严格控制垂直度，即使立柱桩发生偏位，托座务必要通过加垫钢板达到垂直要求。假如立柱的标高定位发生偏差时，可以用槽钢代替托座（临时调整方式）与支撑梁进行连接，需在支撑梁和原托座上使用氧气乙炔现场开孔时，注意控制孔径大小，避免受力后螺栓出现滑脱。

安装后的托座件须与格构柱立柱桩紧固牢靠，摩擦型高强螺栓的扭矩需达到规定要求。预应力施加完成之后，施工人员务必检查确保支撑横梁与角撑、鱼腹梁（仅限大跨度）的有效连接；尤其是角撑须用高强度螺栓进行紧固，以提高预应力支撑体系的整体刚度。

2.2.5角撑安装

角撑与围檩之间有夹角，不易直接安装并施加预应力；每道角撑安装前应先在地面进行预拼接并检查预拼后支撑的顺直度,经检查合格后按部位进行整体吊装就位。

角撑预拼过程中，将WA构件、专用千斤顶、TO构件等通过高强螺栓连接牢固，另专用千斤顶的十字锁扣须设置在正中间，即前后各留三丝的余地，便于拆除时预应力卸除。部分角撑连接过程中，若加压端的放置空挡存在多余空间时必须使用相对应厚度的钢板垫紧贴密，防止支撑体系受力后整体发生偏心。

2.2.6鱼腹梁及剪刀撑安装

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。

鱼腹梁预拼完成后整体起吊摆放在支撑牛腿上，支撑起吊后两端由人工牵引，确保支撑整体稳定。实施张拉时，应使张拉千斤顶的作用线与钢绞线的轴线重合一致。如张拉过程中，发现问题应立即暂停施加并汇报给公司相关人员，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。钢绞线张拉应按顺序逐根进行，考虑因钢绞线之间摩阻力的影响，每层分别分三次张拉。施工现场已具备确保全体操作人员和设备安全的必要预防措施。

支撑施加预应力后可进行土方开挖，当土方开挖剪刀撑可施工工作面时，为保证立柱稳定性和支撑的整体性，需在第一道支撑的立柱上做一道剪刀撑，剪刀撑与立柱均采用焊接连接。

如下图所示：

2.2.7连接工艺

（1）构件中心的位置调整完毕后，即可安装高强螺栓。扭剪型高强螺栓垫圈应安装在螺母一侧，并注意螺母和垫圈的安装方向，不得装反。

（2）遇有高强螺栓不能自由投入孔内时，不得强行打入，应先用铰刀进行扩也或修孔后，再穿入，但修孔后，孔径不得大于原孔径2mm。

（3）安装时先在安装临时螺栓余下的螺孔中投满高强螺栓，并用扳手紧固后，再将临时普通螺栓逐一以高强螺栓替换，并用扳手拧紧。

（4）螺栓孔眼不对，不得任意用气割扩孔或改为焊接。每个螺栓不得用两个以上垫圈；螺栓外露丝扣长度不得少于2－3扣，并应防止螺母松动；更不能用螺母代替垫圈。精制螺栓孔不准使用冲钉，亦不得用气割扩孔。构件表面有余度时，应采用相应斜度的垫圈。

2.2.8预应力施加

顺序：角撑→鱼腹梁

原则：分区、分级、循环。以下为单个区域循环加压过程:

工具式支撑的各构件布置完毕后施加预应力的顺序及要求如下：1）检查各部件螺栓的连接是否紧固，围檩与围护体系的连接状态。2) 角撑加压。3) 钢绞线张拉。

2.2.9钢绞线施加预应力

1）钢绞线安装时要左右对称。

2）张拉钢绞线时，检查张拉部位和连接部位（螺栓连接处）后再行施工。

3）钢绞线张拉时要一根一根进行，采用分批超张拉的方式（按15%超张拉控制），避免部分张拉不到位，一定要形成整体并均匀受力。

4）钢绞线的张拉首先施加图纸上注明张拉力的50%和80%，稳定后再加载至100％荷载，在该张拉荷载下保持15分钟，观测锚头无位移现象后锁定。

5）钢绞线张拉时钢绞线的伸长率，预应力，钢绞线张拉器以及特殊情况等要记录并存档。

6）在设计图纸中，钢绞线的数量为奇数时，按照设计钢绞线数量实际施工中需要增加钢绞线做为安全储备。

3. 预应力鱼腹梁工具式组合内支撑变形监测

3.1变形监测

工具式支撑系统的变形监测一般与基坑监测同步进行，监测内容有整体相对水平位移、构件轴力变化。该套系统采用电测传感器、数据处理和无线通信技术，完全实现了基坑安全关键部位监测点的数据自动采用、存储、发送、处理、预警与整改通知的远程化、网络化运行。

3.1.1构件轴力监测：采用弦式反力计或应变片直接布置于装配式钢支撑构件主要受力点，通过传导电缆线将变形应力进行集成，监测频率正常情况下1-2次/天，异常情况下3-6次/天。

3.1.2监测结果专业人员分析，及时通报各方，过程连续监测直至基坑开挖结束结构混凝土达到预定强度，报警值的控制请严格按照设计指标进行。

4.预应力鱼腹梁工具式组合内支撑的拆除

4.1预应力鱼腹梁钢支撑的拆除施工工艺

4.1.1支撑拆除

拆除时避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。首先对鱼腹梁钢绞线进行应力释放，释放过程要求尽可能对称作业，有利于结构受力均衡。支撑（角撑、对撑）采用专用千斤顶支顶并适当加力顶紧，然后取出调整钢垫板，千斤顶逐步卸力，停置一段时间后继续卸力，直至结束。

4.1.2拆除方法

首先在锚具中放入专用套筒。利用钢绞线释放器张拉钢绞线，直到可以拿掉锚具中的夹片。利用尖头钳子分离钢绞线和锚具中的夹片。解除钢绞线张力。一段的夹片全部回收之后，利用同样方法再回收另一端的夹片，并回收钢绞线。

4.1.3围檩拆除

吊车（叉车）钢丝绳分系于钢围檩的两个卸扣→割除钢围檩与围护桩连接的传力件→提升钢围檩→辅吊吊钩下移使围檩竖直上升→吊至地面→拆除角钢托架→吊运装车。

5. 结束语：  

采用预应力鱼腹梁支撑，不仅提高的支护结构的稳定性，而且降低了围护结构的施工周期和成本，安装和拆除都很方便。值得在周围环境比较复杂的基坑支护进行进一步的推广和探索。

参考文献

[1]鱼腹梁式钢支撑在基坑工程中的应用情况 2013

[2]装配式预应力鱼腹梁钢支撑在深基坑支护中的应用 2008

【作者简介】王春阁（1987—）男，本科  工程师

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