聂长鹏
上海市水利工程集团有限公司 上海松江 201612
摘要：近年来，随着我国城市化进程的加速发展以及土地用途管制制度的严格施行，城市土地资源就显得愈发紧张，人们对城市地下空间的开发利用开始越来越重视。伴随着城市地下空间的开发，我国对深基坑技术的研究也越来越多。本文主要结合传统钢筋混凝土内支撑技术在工程应用方面施工工期长、工程造价成本高、地下作业空间小等弊端，对预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术及在深基坑支护中的优势进行了详细讨论，以期该技术今后能为其它项目深基坑内支撑体系设计与施工提供参考和借鉴。
关键词：预应力；鱼腹梁；深基坑；支护
1 前言
预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术，在深基坑支护中具有造价成本低、工期短、噪音低、位移小、可靠性好、施工空间大、安装拆除方便、大部分钢构件拆除后重复利用率高、对环境影响小、绿色环保等特点。传统的深基坑支护技术类型主要有钢筋混凝土内支撑技术[1]，对各种形状的基坑都具有良好的实用性，且基坑变形小，因此在深基坑支护施工中得到了广泛应用。但该技术由于采用钢筋混凝土内支撑，围护施工周期及后期养护占用时间长、支撑杆件较密、地下挖土空间小、工程造价成本高等弊端对建设者们造成了不少困扰。
因此，针对传统钢筋混凝土内支撑技术存在的问题，现对预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术[2]及在深基坑支护应用中的优势[3]进行讨论，以期该技术今后能为其它项目深基坑内支撑体系设计与施工提供参考和借鉴。
2 适用范围
该技术尤其适用于对基坑动态变形要求高、作业面场地狭小、基坑开挖面积大、地质条件较差的深基坑支护。
3 主要工艺原理
该技术的主要原理[4][5][6]是通过在鱼腹式钢支撑上采用千斤顶施加预应力，与对撑、角撑、腰梁、连接件等水平支撑系统上施加的预应力相互作用，使其水平支撑体系具有了多赘余度的超静定结构体系，由该体系上预应力相互作用而成的水平作用力与地连墙结构产生的主动土压力维持受力平衡，从而确保深基坑开挖过程中的坑壁结构安全。
4 施工工艺流程
预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术主要施工工艺流程[7]如下：
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5 主要施工内容
5.1 立柱桩施工
立柱桩通常采用350mm*10mm方钢管，内管C30混凝土，直接插入土中。插入前，方钢管立柱的垂直度和嵌入深度需符合施工规范要求。
方钢管立柱施工通常采用机械手设备施打的方法，桩顶标高应严格按照设计图纸控制，桩顶标高误差应控制在设计及规范要求的允许范围内。
5.2 三角托架施工
钢三角托架的设置应与围檩中心线在同一个水平面，三角托架焊接前须彻底清理连接部位的杂物，钢三角托架的焊接应保证连接部位牢固可靠。
5.3 支撑围檩安装
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，围檩就位后应检查钢三角托架是否松动，连接部位和搭接部位必须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。
支撑围檩施工质量验收应坚持“过程验收为主，完工验收为辅”的原则，另外针对各个安装环节实行施工一个，验收一个，完工一处验收一处，发现质量问题及时返工的质量控制流程。
5.4 托座、托梁与支撑梁安装
立柱桩与托座连接方式应采用角钢进行焊接，焊缝高度不宜小于8mm，托梁通常安装在托座上方，与托座之间采用螺栓进行机械连接，螺栓孔直径通常为28mm，螺栓数量一般为4孔/m。支撑梁通常安装在托梁上，与托梁走向垂直，通常采用H型钢，H型钢规格尺寸为H300mm×300mm×10mm×15mm、H350mm×350mm×12mm×19mm、H400mm×400mm×13mm×21mm四种。
托座件的安装务必控制其水平标高，安装后的托座件须与格构柱立柱桩连接应紧固牢靠，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。
5.5 对撑、角撑安装
角撑、对撑预拼过程中，将WA构件、专用千斤顶、TO构件等通过高强螺栓连接牢固，另外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，便于拆除时卸除预应力。同时，还应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。
角撑、对撑安装误差控制应符合下列要求：
（1）H型构件拼接时，其接头中心线的偏心度控制在2cm之内。
（2）二根H型构件拼接后两端的标高误差不得大于20mm，且不得大于整个支撑长度的1/600。
（3）平行的H型构件安装后水平轴线偏差不得大于30mm，其与围檩、连接件和预应力装置之间的夹角须达到设计要求，误差为±3度。
（4）角撑、对撑整体挠曲度允许值为跨度的1/1000。
5.6 鱼腹梁及剪刀撑安装
鱼腹梁安装应按照设计跨度进行预拼装，螺栓紧固务必达到设计及规范要求。预应力筋下料时采用砂轮机或切断机切断。鱼腹梁预拼完成后单个构件起吊摆放在支撑横梁和三角托架上进行拼装，支撑起吊后两端由人工牵引，确保支撑整体稳定。
支撑施加预应力后可进行土方开挖，当土方开挖至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，需在对、角撑的立柱上做一道剪刀撑。剪刀撑与立柱均采用焊接连接。
5.7 施加预应力
钢绞线施工要求：张拉应力值符合设计要求，张拉伸长率无异常。
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。
预应力鱼腹梁钢结构支撑的构件布置完毕后施加预应力的顺序为：检查各部件螺栓的连接是否紧固、围檩与围护体系的连接装填 角撑加压、对撑加压
钢绞线张拉。本次预应力施加原则：分区、分级、循环，以下为单个区域循环加压过程。
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（6）加压值的计算
根据施工图纸中每个加压位置的施加应力值，按照每根型钢一个千斤顶的原则计算每个千斤顶的加压数值。
每个千斤顶的加压值计算公式为：加压值（P）=施加应力值（F）÷千斤顶截面积（㎡）÷千斤顶个数。
5.8 土方开挖
基坑开挖应根据工程地质及水文地质资料、结构和支护设计文件、环境保护要求、施工场地条件、基坑平面形状、基坑开挖深度等情况，遵循“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则。
基坑开挖利用机械和人工相结合的方法，开挖至坑底时应预留200～300mm厚土层，采用人工铲除平整，防止坑底土体发生扰动，然后采用汽车吊车将开挖土运出坑外。当基坑开挖面上方的支撑安装以及预应力施加未达到设计值要求时，禁止向下开挖土方。基坑周边施工材料、设施或车辆荷载严禁超过设计要求的地面荷载限值。土方开挖不得影响预应力鱼腹式钢支撑、立柱的正常施工及周边建（构）筑物、道路及管线的正常使用。
5.9 变形监测
内支撑系统的变形监测一般与基坑监测同步进行。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。
（1）构件轴力监测：采用弦式反力计或应变片直接布置于工具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。
（2）监测结果专业人员分析，及时通报建设方，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。
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。
5.10 垫层及地下主体施工
在基坑土方开挖完成后，应立即进行垫层及地下主体结构施工，垫层通常为C20的素混凝土，地下主体通常为C30的钢筋混凝土结构。待地下结构工程施工完成后，应及时做好养护工作。
5.11 预应力鱼腹梁钢支撑拆除回收
预应力鱼腹梁钢支撑拆除通常采用叉车、塔吊、吊车等设备进行钢结构的拆除及外运。
拆除过程是利用已施工结构主体及传力带满足坑外土体受力要求的过程，拆除时要特别注意保证鱼腹梁预应力、角撑轴力的安全卸载，避免应力突变对围护、主体结构产生负面影响。另外，避免钢支撑吊运过程中坠落而导致安全和质量事故。
考虑上述因素，钢支撑拆除必须在其底板及换撑传力带强度达到设计强度后方可进行支撑拆除，换撑传力带要严格按照设计图纸要求的换撑进行布置和施工；拆除过程中加强基坑本体及周边环境变形的各项监测，根据监测情况调整拆除区域和长度。支撑拆除区域内预应力采用分级卸载方式，并且安全卸载后，需观察4～5个小时基坑变形情况，等稳定后再拆除装配式钢支撑，以保证基坑的安全稳定。
钢支撑拆除具体流程如下：
6 施工注意事项
（1）钢绞线回收时，不允许采用氧气乙炔切割。
（2）拆除钢绞线时，以使用钢绞线释放器为原则，特殊情况下（如无法使用钢绞线释放器时），使用切割机，切割并回收。
（3）使用钢绞线释放器时，钢绞线方向不应站有施工人员，施工人员必须站在钢绞线旁施工，以避免发生夹片伤人。
（4）基坑工程实施过程中应根据监测实施时提供的数据对周围环境进行全过程动态监测。
（5）当支护结构或基坑周边环境出现报警情况或其他险情时，应立即停止开挖，并应根据危险产生的原因和可能引起的破坏，采取对应控制或加固措施。
（6）施工现场的废水、污水未经处理，不得直接排入市政下水管道。
（7）重型施工设备跨越钢支撑时，应作好隔离防护措施。
（8）开挖时，施工机械设备不得碰撞或损坏钢支撑及其连接件等构件。
7 实施效果
预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术目前已经在上海地区部分深基坑工程施工中得到了应用，在应用过程中很大程度上解决了施工工期要求紧、基坑支护作业面场地狭小、围护结构侧壁变形小、节能环保要求高等技术难题。在与传统的内支撑系统相比，减少了对水泥、石子、黄砂的使用，不仅造价低，可节约一定费用，而且安装拆除快，挖土及地下作业空间大，可节约部分工期。由于能够动态施加预应力，因此位移小，可有效控制基坑变形及沉降。装配式钢支撑采用的是工厂化加工，专用节点，专业作业人员施工，因此可靠性更高。在深基坑土方开挖及坑底作业时，由于减少了大量的支撑杆件，因此地下作业空间更大。况且95%以上的钢支撑拆除后可实现重复循环利用，对周边环境影响相对较小，因此该技术更为节能环保，社会经济效益显著。
8 结束语
综上所述，预应力鱼腹梁工具式组合内支撑技术不仅具有绿色环保、节约造价、安全度高、技术先进等诸多优点，而且还适用于国内多种土层、各种深度的深基坑支护。它作为一种装配式的环保型施工技术，响应了国家集约式发展、绿色发展、节能建筑和环境保护等政策号召，相信这种技术会在以后的基坑支护中发挥着越来越重要的作用。
参考文献：
[1]JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].
[2]SQBJ/CT 192-2014QJ 基坑围护装配式预应力鱼腹梁钢结构支撑应用技术规程[S].
[3]《建筑业十项新技术》（2010版）之工具式组合内支撑技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]孙启峰，梁 群，华 昆.预应力鱼腹式钢桁架在深基坑支护中的应用[J].施工技术，2013,42（13）：9-11.
[5]潘 平，方章聪.IPS预应力鱼腹梁结构在深基坑支护中的综合应用[J].建筑施工，2011,33（4）：268-269.
[6]叶 蓉.预应力鱼腹梁支撑系统在轨交工程中的适用性分析[J].地下工程与隧道，2014（2）：12-15,21.
[7]T/CCES3-2017 预应力鱼腹式基坑钢支撑技术规程.