狭长地形深基坑中心岛式钢支撑施工技术
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狭长地形深基坑中心岛式钢支撑施工技术
曾  晖    刘青青    蒙立强    白东方    邹三兵
广西建工集团第四建筑工程有限责任公司      广西  桂林      541004
摘要：以广西建工集团桂林培训基地工程为例，阐述了靠近住宅小区的狭长地形深基坑中心岛式钢支撑施工技术。考虑附近住宅小区的安全、工程施工进度，采用中心岛方式，充分利用新建混凝土的强度性能，合理规划定位钢支撑，现场分段分节拼装并施加预应力，缩短了基坑支护外露时间，保证了基坑支护结构稳定，有效地减少了附近住宅小区地面变形及护壁渗漏、涌砂等风险，并能重复多次使用钢支撑，符合国家绿施工要求。关键词：深基坑；中心岛式；钢支撑；轴力监测
中图分类号：TU753    文献标志码：A    文章编号：1004-1001(2021)05-0781-03    DOI：10.14144/jki.jzsg.2021.05.016
Construction Technology of Central Island Type Steel Support
for Deep Foundation Pit in Narrow and Long Terrain
桂林建筑ZENG Hui    LIU Qingqing    MENG Liqiang    BAI Dongfang    ZOU Sanbing
Guangxi Construction Engineering Group Fourth Construction Engineering Co., Ltd.,  Guilin,  Guangxi  541004,  China Abstract: Taking Guilin training base project of Guangxi construction engineering group as an example, this paper expounds the construction technology of central island type steel support for deep foundation pit in narrow and long terrain near residential area. Considering the safety and construction progress of the nearby residential quarter, the central island method is adopted to make full use of the strength performance of the newly built concrete. The reasonable planning and positioning of the steel support, the on -site segmental assembly and prestressing shorten the exposure time of the foundation pit support, ensure the stability of the foundation pit support structure, effectively reduce the risks such as ground deformation, wall leakage and sand gushing, etc. in nearby residential quarter, and can repeatedly use the steel suppo
rts, which meets the national green construction requirements.
Keywords: deep foundation pit; central island type; steel support; axial force monitoring
1 工程概况
广西建工集团桂林培训基地工程由1#楼、2#楼、裙楼及2层地下室组成，位于桂林市高新开发区，地处居民住宅小区与城市繁华道路中间。该建筑物地下室顶板面与旁边居民住宅小区±0 m 地面最大高差相差约5 m ，且靠近其住宅小区基坑深度平均14.7 m 左右。针对基坑周边的环境特征，结合地层情况，1#楼北侧基坑采用双排桩＋钢管支撑进行支护设计，基坑支护平面布置如图1所示，前、后排桩的相关参数为φ1 200 mm@2 000 mm ，长度分别为117、128 m ，前排桩入基岩，后排桩不入基岩，后排桩离住宅建筑物最近距离为2.2 m ，桩顶设1.2 m ×1.0 m 冠梁，混凝土强度等级均为C30，钢管支撑采用Q235B 圆钢管，外径609 mm ，壁厚16 mm ，沿基坑竖向设置1道，共27根，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区段同步安装，钢管两端分别与支护桩冠梁、主体结构梁柱节点连接。
2 工艺原理
待主体结构封顶后，利用1#楼新建混凝土强度，采用
φ609 mm ×16 mm 钢管支撑（每道钢支撑由活络端、固定段、标准节组成），将1#楼新建工程主体结
构一层梁柱节
目前大多数房屋建筑工程深基坑的基坑支护，一般采用传统的支护桩＋钢筋混凝土内支撑、支护桩＋预应力锚索、支护桩＋锚杆、支护桩＋H 型钢等方式。针对这些支护方式，需面临如下问题：施工作业场地大，基坑外建筑物距离基坑上边缘要有一定的安全距离，锚索、锚杆施工不能挠动基坑外建筑物基础，钢筋混凝土支撑后期拆除要考虑有场地且符合国家绿施工要求，基坑支护施工时间较长导致其外露时间长等，既增加了施工难度及施工期间基坑不安全因素，又增加了施工成本和工期。本文以广西建工集团桂林培训基地工程为例，针对地处城市繁华道路狭长地形下的深基坑，周边地形特殊，基坑靠近20世纪90年代建的旧住宅小区房屋（片石条形基础受力性能差），采用了中心岛式钢支撑施工技术，充分利用狭长地形的特点及新建建筑物的主体结构强度，将基坑边荷载迅速扩散，同时较好地改善了传统支护方法的不足之处[1-5]。
作者简介：曾  晖（1989—），男，硕士，工程师。
通信地址：广西桂林市七星区五里店路27号（541004）。：****************收稿日期：2020-11-27
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图1  基坑支护平面布置示意
点与靠近住宅小区的基坑支护桩冠梁连接并固定，使附近住宅小区建筑物、新建工程及南面的道路形成整体。基坑土方开挖时，由于住宅小区与新建工程有5 m 左右的高差，住宅小区的荷载能利用新建工程的钢筋混凝土迅速向南面及周围方向传递，即中心岛式钢支撑，有效地保证了基坑周边的安全。
3 施工操作工艺
3.1 工艺流程
施工工艺流程如图2所示。
施工准备 测量放线 围护结构表面清平 操作平台支架搭设 钢支撑吊运、安装 施加支撑预应力钢楔锁定
轴力、基坑支护及周边建筑物监测
下层土方开挖、地下室施工
钢支撑拆除
钢支撑拼装
图2  施工工艺流程
3.2 操作方法3.2.1 施工准备
熟悉设计图纸、相关技术规范和验标要求，做好钢支撑堆放场地与运输便道的规划及图纸会审工作，准备就位施工吊装机械设备，在现场分类配套钢支撑构件，检查各设备、高强度螺栓、工具等材料是否完好无损。
3.2.2 测量放线
根据施工图、图纸会审记录，出冠梁和主体结构需
要支撑部位的预埋钢板，采用全站仪、塔尺、钢卷尺等测
量仪器对钢支撑端头预埋钢板上的钢牛腿、托架、钢楔块安装进行精准定位，并在支护桩冠梁、主体结构梁柱节点处预埋钢板钢支撑的端头的相应位置焊接固定，同时用红漆标出其配套编号。
3.2.3 围护结构表面清平
在钢牛腿、钢楔块安装之前，围护结构（冠梁、主体
结构梁柱节点）处表面混凝土应凿平，并及时清理干净，
确保其平整度好，以满足后期钢支撑安装后待施加预应力时其轴心受压的要求。
3.2.4 操作平台支架搭设
操作平台支撑架体采用扣件式钢管脚手架，施工操作平台采用竹跳板铺设，经P K P M 软件计算合理，架体底部采用细石混凝土硬化，加固钢管立杆为
φ48 mm ×3.0 mm ，主龙骨为φ48 mm ×3.0 mm ，立杆间距1 000 mm ×1 000 mm ，水平杆步距1.5 m ，纵横竖向剪刀撑、水平剪刀撑间距≤4 m ，邻近主楼侧与结构柱抱柱，临边采用钢管架搭设封闭式围挡。
3.2.5 钢支撑吊运、安装
1）钢支撑立柱吊运、安装。根据设计图纸要求，在现场加工场采用12.6#槽钢组装焊接成固定卡扣，采用高强螺栓法兰连接分节、分段固定φ609 mm ×16 mm 钢管，利用220 t 汽车吊将分段固定好的钢管吊装到预定位置形成支撑立柱（为保证安全，应在吊装前进行试吊），钢支撑及其立柱由标准节、固定段、活络端组成。
2）钢支撑纵、横向吊运安装。按照设计图纸施工，纵向钢支撑采用分节制作的方法，节与节之间通过高强螺栓法兰连接，钢支撑的一端设预加轴力装置。按标准段宽度组拼成一端固定、一端活动的钢支撑，其长度根据断面宽度暂定，在安装前应先进行拼装，确保两端支点中心线偏差小于20 mm ，安装完后，中心线总偏差应小于30 mm 。使用汽车吊先吊纵向钢支撑，一段一段地施工，同时将端部的钢支撑放在托架上，将靠近钢支撑立柱的中间部位的钢支撑放在其立柱顶部活络头上，并用仪器放线，同时用
50 mm ×100 mm 方木条提前调整相邻2段钢支撑中心线的距离，待相邻2段钢支撑中心线基本在同一
位置时，采用高强螺栓微调，最终确保整条钢支撑中心线误差在合理范围内，最后沿钢支撑横向方向依次吊运安装。
3）钢支撑附属构件安装、施工。对于基坑、建筑物转角及变截面处支撑端部，一端设置为斜撑，其余端部均设置直撑。对于直撑端部，在其已预埋钢垫板的托架上安装活络头，采用固定端旋转法使其活动端较宽位置支撑于钢垫板上，其活络头与支撑钢垫板接触面间空隙用C40及以上等级的细石混凝土填实。针对斜撑端部，按照设计图纸操作，安装前先将钢垫箱与预埋在围护结构的钢板进行
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焊接，将斜撑支座连成整体，并将斜撑钢管搁置于钢垫箱的牛腿钢板上进行支撑安装作业，其安装方法与直撑端部相同。
为保证纵、横向方向的整体稳定性及钢支撑施工作业的安全，将其相邻的中间立柱，采用横向剪刀撑式连系钢梁进行连接，即利用汽车吊，采用12.6#槽钢焊接交叉固定钢支撑立柱，同时将已经焊接组装
好的固定卡扣吊运到钢支撑立柱顶部的活络头上，根据中心岛式钢支撑的标高及时调节活络头长度，并往其塞入钢楔块锁定，焊接好固定卡扣，确保中心岛式钢支撑部分质量沿钢支撑立柱方向往下传递，不发生偏移。
同时利用双层保险思维方式及根据局部约束性条款，在纵向方向斜、直撑端部采用“上挂下托”防脱落措施。上挂防脱落装置由卡扣、钢丝绳组成，一端通过膨胀螺栓与围护结构地下连续墙连接，另一端固定在钢支撑上，每根钢支撑两端各设置2个防脱落装置。下托防脱落装置由2块三角钢板组成，分别焊接在预埋钢板上。根据测量放线的油漆标注的位置及时复查是否正确，并在相应位置由有特种作业资格证的焊工进行焊接，及时检查焊缝质量及托架位置。
3.2.6 施加支撑预应力
1）将2台200 t液压千斤顶放入活络头顶压位置，在活动端施加支撑预应力。为方便施工并保证千斤顶顶伸力一致，千斤顶采用专用托架固定成一整体，将其放在活络头上，接通油管后即可开泵施加预应力；预应力施加到位后，在活络头中楔紧钢垫块，并烧焊牢固，然后回油松开千斤顶，完成对该根支撑的第1次预应力施加。
2）千斤顶施加预应力时，对预应力值做好记录备查，预应力施加按设计要求进行。千斤顶本身必须附有压力表，使用前需进行标定，2台千斤顶必须同步施加顶力，端头、千斤顶各轴线要在同一平面上。
轴力计应安装在活络头一端，施工前根据标定的压力表和千斤顶线性方程，推算出压力表实际读数。根据设计要求，本工程推算出的实际预加轴力为510 kN，折算压强值为16.5 MPa。
3.2.7 监测
1）轴力监测。施加预应力前，沿着支护桩冠梁长度方向采取“隔二布一”的方式放置9个轴力计（共27根钢支撑），同时要把轴力计的电缆线引到日后方便测量的位置，测试其初始频率，检查是否能正常工作，待施加预应力之后，应检查轴力计所显示的轴力是否与加载的预应力一致。在土方开挖、地下室施工期间，应对钢支撑轴力计进行监测，确保量测频率、量测精度满足如表1所示的钢支撑轴力监测项目控制要求。
2）基坑支护及周边建筑物监测。在土方开挖、地下室施工期间，为确保邻近住宅小区的建筑物的安全，根据最
表1
钢支撑轴力监测项目控制要求
不利荷载位置原则，特选离基坑最近建筑物的一处J14、后排基坑支护桩冠梁上一处Z4进行分析，其后排基坑支护桩冠梁Z4的垂直支护方向水平位移及周边建筑物J14的沉降数据如表2所示。
表2  Z4垂直支护方向水平位移、J
14沉降数据
注：水平位移中正值为往基坑内侧方向位移，负值为往基坑外侧方向位移。
经数据分析，后排基坑支护桩冠梁Z4垂直支护方向水平位移及周边建筑物J14沉降量变幅幅度符合基
坑支护设计图纸及相关规范资料的要求，表明在中心岛式钢支撑方式下，附近住宅小区建筑、地面及周边道路的变形均在可控范围且处于稳定状态。其地下室底板、顶板施工时，中心岛式钢支撑完成情况如图3、图4所示。
图3地下室底板施工时中心岛式钢支撑完成
3.2.8 钢支撑拆除
1）钢支撑拆除顺序：待地下室顶板施工完成，回填结构达到设计强度的80%后，拆除钢支撑，施工顶板全外包防水层，继续回填覆土并施工室外工程。
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注浆，注浆采用多次注浆工艺。注浆期间，加强监测，一次注浆后土体的上抬量不得达到累计沉降值。当注浆影响其他建筑变形时，应立即停止施工，分析原因并调整注浆 方式。
5.2 增设垫层配筋及提高垫层混凝土标号
为防止因基坑土体隆起，而造成周边地面的沉降加剧，同时考虑加快基础底板施工进度，减缓基坑周边环境变化，将基础垫层混凝土标号由C20提高至C25，厚度由200 mm 提高至250 mm ，并增设φ8 mm@150 mm 钢筋 网片。
6 监测数据
2018年7月15日开始表层土开挖，第1道栈桥支撑施工，2018年10月7日第2道支撑形成，2018年10月8日停工，2018年11月13日复工开挖第3层土，受首届上海进口商品博览会影响，停工多达36 d ，2018年12月6日第3道支撑形成，2018年12月31日基础底板浇筑完成。施工周期历时6个月，监测数据显示围护结构安全可靠。
蔡雷波：复杂环境下与既有运营地铁车站结构共墙的基坑施工关键技术
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图4  地下室顶板施工时中心岛式钢支撑完成
2）钢支撑的拆除施工工艺：解除防脱落装置→支撑起吊收紧→千斤顶卸载预应力→拆去钢楔→汽车吊与叉车配合起吊钢支撑→卸下分段处法兰盘高强度螺栓→拆开支撑杆体，各部分分节吊出。
3）拆除时用液压千斤顶在活络端处进行加压，施加预应力至设计支撑轴力后，采用铁锤敲打的方式将钢楔取出，液压千斤顶进行减压，减压应缓慢进行，同时严格观察支撑和基坑的变化，若没有异常情况出现，减压至可取出液压千斤顶为止。拆除前先检查支撑安全钢丝绳牢固情况，安全无松动迹象时方可进行拆除工作，待钢支撑活络端拆除后，用氧气乙炔割除相应包箍及连接焊缝，最后将支撑上部的泥土全部清理干净后，用吊车绳捆绑住钢支撑，做两点吊装。吊装时先做试吊，待试吊稳定后拆除钢支撑两端安全钢丝绳，将钢支撑进行整体吊装，待吊运至地面后进行拆除。
7 结语
1）本文通过对毗邻地铁站上盖项目基坑工程结构特点以及周边复杂环境的研究，针对性地采用增强围护体系强度和刚度，增加栈桥利用面积以及引入注浆技术等关键技术措施，克服了场地狭小，道路不能环通，周边浅基础房屋沉降以及地铁运营安全等诸多不利因素，顺利地完成了基础底板混凝土浇筑。
2）目前项目已经顺利结构封顶，全过程监测数据显示，基坑周边环境正常可控，围护结构安全可靠，地铁运
营正常有序，实践效果理想。
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4 结语
深基坑施工对其周边环境影响很大，本工程基坑开挖支护中，由于地势条件特殊——狭长地形，且附近住宅小区建筑物与开挖基坑有着较短的水平距离、较大的垂直高差，如何有效地控制基坑周边环境的变形是个难题。针对这些问题，在施工过程中采用中心岛式钢支撑，充分利用新建混凝土的强度传
递分散荷载，实践证明，与传统混凝土支撑相比，采用中心岛式钢支撑有以下优点：
1）进度、安全方面：无需等待混凝土养护周期，缩短施工周期，减少基坑支护外露时间，有效降低了附近住宅小区地面变形及护壁渗漏、涌砂等施工风险。
2）环保方面：在安装和拆除施工过程中，避免了爆破、振动、粉尘的出现，最大限度地减少了对居民的影
响，且钢支撑能够重复利用，符合国家绿施工要求。
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