基坑工程预应力型钢组合内支撑新技术

基坑工程预应力型钢组合内支撑新技术

胡焕，胡琦

东通岩土科技股份有限公司

摘要：

基坑工程预应力型钢组合内支撑新技术，采用高强度H型钢，经工厂加工形成模块化的标准件，并根据项目设计要求，通过高强螺栓连接组合形成支撑体系，体系主要包括支撑、盖板、系杆、托梁、立柱和围檩，通过施加预应力对基坑变形进行控制。根据基坑的不同形状及要求还可以在该体系的基础上增加月牙梁、斜抛撑和钢反拱系统，也可在局部添加钢筋混凝土支撑，以满足各类基坑支护要求。可广泛适用于地下室开挖、地铁、隧道、水库、围堰、填埋场等地下工程的开发。

一、预应力型钢组合内支撑工艺简介

预应力型钢组合内支撑所用构件，采用高强度H型钢，全部由工厂标准化预制和模块组合而成（如图1所示）。

图1 标准化预制构件

依照设计图纸，所有构件通过高强螺栓在现场拼接而形成支撑体系。支撑体系主要包括对撑、角撑、八字撑、盖板、系杆、托梁、立柱和围檩等组成（如图2所示），具有构件重量轻、安装方便、节点可靠、受力明确等特点，可用于不同平面形状的基坑。

A-角撑；B-角撑；C-对撑；D-八字撑

1-组合围檩； 2-三角传力件；3-角度调节件；4-非标准件；5-保力盒；6-预应力装置；7-单肢型钢；8-盖板；9-系杆；10-托梁；11-立柱

图2 支撑体系

典型支撑构件照片如图3所示。

图3 支撑构件照片

二、预应力型钢组合内支撑施工工艺

预应力型钢组合内支撑的施工流程主要包含：

1）施工前技术交底、场地准备；2）支撑安装；3）土方开挖；4）浇筑底板和楼板；5）支撑拆除；6）土方回填。

具体流程为：

施工准备→土方开挖至压顶梁底→牛腿、一道围檩施工（同时立柱桩施工）→浇筑压顶梁→待压顶梁条件满足后二道围檩安装→安装托座件→安装支撑梁→安装支撑→预应力施加→土方开挖→直至基坑开挖结束→施工浇筑混凝土垫层、底板、侧墙→地下室结构强度达到设计强度后拆除钢支撑及围檩→回收装配式支撑→工程结束。

三、预应力型钢组合内支撑工艺特点

传统钢筋混凝土支撑施工周期长，拆除噪音扰民（85~200分贝）、粉尘污染环境（PM2.5为220~250）、振动影响周边建筑，并产生大量建筑垃圾（如图4所示）。相比而言，预应力型钢组合内支撑具有以下工艺特点：

（1）完善的设计计算理论，严格的实验、检验标准，理论指导实践的方法。

（2）高精度的构件加工制作，专业化生产施工，加工、安装精度要求高。

（3）钢支撑安装、拆除方便，施工速度快，且无需养护，缩短了整个基坑的施工工期。

（4）高强度的连接方式，全刚性连接的超静定结构，刚度大，冗余性高。

（5）可通过施加预应力措施，控制围护结构的侧向变位。

（6）可回收再次利用，再利用率高达95%，减少资源浪费。

（7）施工现场整洁，施工过程噪声小，环保效果优良（如图5所示）。

（8）可与土方、主体结构建设协调施工，实现流水化作业。

图4 钢筋混凝土支撑拆除

图5 型钢支撑拆除

四、南昌华茂国际广场基坑工程实例

（1）工程概况

南昌华茂国际广场项目为大型购物中心，地上4层，设3层（局部两层）地下室，采用机械钻孔桩基础。基坑开挖深度15.1m（局部11.5m），平面接近长方形，长边约224m，短边约81m，周长约600m，平面面积约20000m2。

场地西侧和南侧为住宅楼（27~33层，一层地下室，采用钻孔桩基础），本项目地下室外墙与住宅楼的距离为12~20m。场地北侧和东侧为城市道路，地下室外墙往东30m外为地铁2号线盾构隧道。地下室于东北角与地铁出入口连接。

（2）水文地质条件

地表以下11m为素填土和粉质粘土，其下依次为中砂、粗砂、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩等。粉质粘土层为灰黄或灰褐色，软~可塑，韧性和干强度中等，摇震反应无，全场均有分布。砂层饱和，稍密~中密，成分以石英和云母为主，渗透系数为0.05~0.12cm/s。砂砾岩为紫红色，粗粒结构，厚层状结构。泥质胶结，矿物成分主要有石英、长石、岩屑等，属软质岩，岩石泡水易软化，失水易干裂。对工程影响较大的地下水位赋存于砂土中的孔隙性潜水，勘探期间测得稳定地下水位埋深10.0~13.8m，地下水与赣江水力联系密切，汛期接受赣江补给且具有一定的微承压性质。

（3）预应力型钢内支撑方案

基坑内支撑方案采用两道预应力型钢组合内支撑，局部采用部分钢筋混凝土对撑。第一道钢支撑采用单拼形式，第二道钢支撑采用双拼形式。

第一道支撑中心标高为-3.100(相对标高)，第二道支撑中心标高为-8.900(相对标高)，支撑杆件和型钢立柱采用H350×350×12×19型钢，型钢围檩采用双拼H400×400×13×21型钢，连接立柱的横梁及支撑间拉梁均为H300×300×10×15型钢。

图6 南昌华茂国际广场项目支护设计总平图

(4)施工与监测

基坑开挖至底板浇筑期间，全过程监测指标正常，基坑处于安全状态（如图7和图8所示）。

图7 现场全貌照片

图8 现场局部照片

（5）本项目工艺优势

1）本项目中，型钢支撑可充分提供大面积的作业面，对撑跨度达80m。各节点均采用高强螺栓连接，实现全支撑体系刚性连接，保证支撑体系具有较高的安全冗余度。

2）型钢支撑安装为现场拼装，无需混凝土养护时间。对比本工程的纯钢筋混凝土支撑施工组织方案，型钢支撑总共节省约6个月时间，节约了大量财务成本。

3）型钢支撑全部可以回收拆除，且不会造成粉尘、噪音污染和建筑垃圾。对比纯钢筋混凝土支撑方案，通过理论计算，平均节能比可达32.3%、节水比可达19.3%、减排比可达37.3%（碳排放）、粉尘浓度减低比29.5% 、垃圾减排比87.8%、噪声减低比52.9%、工业化率可达45.4%。施工现场整洁，符合文明施工各项要求。