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預應力型鋼組合內支撐新技術
  預應力型鋼組合內支撐新技術,采用一种高强度的H型钢,经工厂加工形成模块化的标准件。体系由模块化组合标准件组成,根据设计要求任意组合预应力。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。
  一、預應力型鋼組合內支撐工藝簡介
  預應力型鋼組合內支撐所用型鋼,全部由工廠標准化生産的鋼構件模塊組合而成(圖1)。

图1  标准化预制构件
  支撐體系通過高強螺栓、依照設計圖紙,現場拼接而成。體系主要包括對撐、角撐、圍檩和豎向立柱組成。具有構件重量輕、安裝方便、節點可靠、受力明確等特點,可用于平面尺寸較大的基坑。對于平面形狀不規則的基坑,通過設計轉角非標准件亦可達到可靠的施工質量。
  主要包括以下構件:高強螺栓連接件、鋼圍檩和預埋螺杆連接件、型鋼支撐梁、鋼蓋板、型鋼立柱與托梁、加壓件等。(如圖2、3)




图2  高强螺栓连接件、钢围檩和预埋螺杆连接件、型钢支撑梁




图3  钢盖板、型钢立柱与托梁、加压件
  二、施工工藝
  施工流程主要包含:
  1)施工前技術交底、場地准備;2)支撐安裝;3)土方開挖;4)澆築底板和樓板;5)支撐拆除;6)土方回填。
  具體流程:
  施工准備→土方開挖至壓頂梁底→牛腿、一道圍檩施工(同時立柱樁施工)→澆築壓頂梁→待壓頂梁條件滿足後二道圍檩安裝→安裝托座件→安裝支撐梁→安裝支撐→預應力施加→土方開挖→直至基坑開挖結束→施工澆築混凝土墊層、底板、側牆→地下室結構強度達到設計強度後拆除鋼支撐及圍檩→回收裝配式支撐→工程結束。
  三、預應力型鋼組合內支撐工藝特點
  型鋼支撐具有以下工藝特點:
  (1)完善的設計計算理論,嚴格的實驗、檢驗標准,理論指導實踐的方法。
  (2)高精度的構件加工制作,專業化生産施工,加工、安裝精度要求高。
  (3)鋼支撐安裝、拆除方便,施工速度快,且無需養護,縮短了整個基坑的施工工期。
  (4)高強度的連接方式,全剛性連接的超靜定結構,剛度大,冗余性高。
  (5)可通過施加預應力措施,控制圍護結構的側向變位。
  (6)可回收再次利用,再利用率高達95%,減少資源浪費。
  (7)施工現場整潔,施工過程噪聲小,環保效果優良。
  (8)可與土方、主體結構建設協調施工,實現流水化作業。
  钢筋砼支撑拆除噪音扰民(85~200分贝)、粉尘污染环境(PM2.5  220~250)、振动影响周边建筑。钢支撑的安装与拆除均对环境无影响。(如图4、5)



图4  钢筋混凝土支撑拆除
图5  型钢支撑拆除

  (8)節約財務成本。
  以一個項目10億元土地成本測算,每個月的財務成本高達1千萬,每道支撐可節約工期1~2個月。
  確保基坑及周邊環境安全,避免不必要的糾紛和賠償,順利推進工程進度。
  四、工程實例
南昌華茂國際廣場項目基坑工程
  1.工程概況
  該項目爲大型購物中心,地上4層,設3層(局部兩層)地下室,采用機械鑽孔樁基礎。基坑開挖深度15.1m(局部11.5m),平面接近長方形,長邊約224m,短邊約81m,周長約600m,平面面積約20000m2。
  場地西側和南側爲住宅樓(27~33層,一層地下室,采用鑽孔樁基礎),本項目地下室外牆與住宅樓的距離爲12~20m。場地北側和東側爲城市道路,地下室外牆往東30m外爲地鐵2號線盾構隧道。地下室于東北角與地鐵出入口連接。
  2.水位地質條件
  地表以下11m爲素填土和粉質粘土,其下依次爲中砂、粗砂、礫砂、強風化砂礫岩、中風化砂礫岩等。粉質粘土層爲灰黃或灰褐色,軟~可塑,韌性和幹強度中等,搖震反應無,全場均有分布。砂層飽和,稍密~中密,成分以石英和雲母爲主,滲透系數爲0.05~0.12cm/s。砂礫岩爲紫紅色,粗粒結構,厚層狀結構。泥質膠結,礦物成分主要有石英、長石、岩屑等,屬軟質岩,岩石泡水易軟化,失水易幹裂。對工程影響較大的地下水位賦存于砂土中的孔隙性潛水,勘探期間測得穩定地下水位埋深10.0~13.8m,地下水與贛江水力聯系密切,汛期接受贛江補給且具有一定的微承壓性質。
  3.型鋼支撐方案
  基坑支撑方案采用两道預應力型鋼組合支撐,局部采用部分混凝土对撑。第一道钢支撑采用单拼形式,第二道钢支撑采用双拼形式。
  第一道支撐中心標高爲-3.100(相對標高),第二道支撐中心標高爲-8.900(相對標高),支撐杆件和型鋼立柱采用H350x350x12x19型鋼,型鋼圍檩采用雙拼H400x400x13x21型鋼,連接立柱的橫梁及支撐間拉梁均爲H300x300x10x15型鋼。

图6  南昌华茂国际广场项目支护设计总平图
  4.施工與監測
  現已完成部分底板澆築,全過程監測指標正常,基坑處于安全狀態,未出現險情。

图7  现场全貌图


图8  现场全貌图
  5.工藝優勢
  1)本項目中,型鋼支撐可充分適應大面積基坑,對撐梁跨度可達80m。各節點均采用高強螺栓連接,實現全支撐體系剛性連接,保證支撐體系具有較高的安全冗余度。
  2)全部支撐安裝爲現場拼裝,無需混凝土支撐的養護時間。對比本工程的混凝土支撐施工組織方案,型鋼支撐總共可節省約6個月時間,從而可大量節約財務成本。
  3)全部型钢支撑可以回收拆除,且不会造成粉尘、建筑垃圾、噪音污染,节约大量垃圾处理费用。对比混凝土支撑方案,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。

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