装配式型钢支撑在水运工程中的应用

许锋，钱大心

（1.安徽省中兴工程监理有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽省港航建设投资集团有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概况

滁河汊河船闸位于安徽省滁州市来安县汊河镇，在拆除原报废老船闸后原址重建。项目按Ⅳ级标准建设，闸室尺度为200 m×23 m×4 m(长×宽×最小门槛水深)，设计船型为500吨级兼顾1000吨级船舶。工程范围包括船闸主体、引航道、跨闸桥、鱼道、停泊区及生产、生活辅助设施等。

在船闸基坑开挖过程中两侧排桩支护结构发生较大位移，为解决险情，确保深基坑两岸民房、滁河大堤和施工安全，该工程采用了装配式型钢支撑进行支护加固，钢支撑布置分闸室、上下闸首、下游导航墙3个区域。其中闸室、闸首布置2道钢支撑，下游导航墙布置1道钢支撑。基坑东西向呈长条形，长度约425 m，南北向宽度（围护桩间净距）约33.8 m～58.6 m，基坑北侧是来安县汊河镇老街民房，围护桩距离民房净距约15.0 m～45.0 m；基坑南侧为江苏省滁河大堤，河堤顶距离围护桩净距约15.0 m～50.0 m，河堤外侧是南京浦口区民房；基坑东侧及西侧为滁河河道，施工期间下游设置临时钢板桩围堰、上游土围堰。本基坑支护设计深度为15.0 m～19.3 m，为临时性工程。

2 结构组成

装配式型钢支撑体系由H型钢围檩、H型钢支撑、H型钢托梁、连杆、八字撑、液压千斤顶、牛腿等组成，通过现场装配、螺栓连接节点的方式进行施工。型钢围檩、型钢支撑、连杆、八字撑采用H400×400×13×21H 型钢制作，型钢托梁采用 H300×300×10×15H 型钢制作，钢围檩牛腿采用600 mm180×180×16角钢制作，立柱牛腿采用500 mm140×140×14角钢制作，固结采用8.8级22 mm×70 mm 与10.9级 22 mm×80 mm高强螺栓。

3 施工工艺

3.1 工艺流程

钢立柱安装（含桩基）→第一道（顶层）支撑安装→一层土方开挖→安装第二道支撑→二层土方开挖→底板施工并养护、墙后回填→拆除第二道钢支撑→边墩及墙身施工、墙后回填→拆除第一道支撑。

3.2 现场配置

①支撑材料采用卡车直接运入基坑安装区域，由吊车将支撑钢材吊入基坑内。

②采用汽车吊在基坑内进行钢支撑现场施工吊装。

③汽车吊需布置在基坑中部的适中空地区域，以方便吊装作业。

④钢支撑材料的进场节奏安排根据施工安装速度随时调整。

3.3 支撑安装

①所有钢支撑材料及相关钢构件均在工厂预先定制，施工前现场检验几何尺寸和外观，经监理单位验收合格后予以使用。

②钢支撑安装时，根据现场实际情况采用成品爬梯（采用脚手架搭设）。安装第一层钢支撑时，两侧连系梁上搭设支架，支架之间设置安全绳，施工人员施工前佩戴安全带，施工时将安全带挂在安全绳上。施工人员施工时自两侧连系梁下至钢支撑顶部（连系梁顶至钢支撑顶0.4 m）进行钢支撑连接螺栓的安装。安装第二层钢支撑时，施工人员在开挖基面进行施工（开挖基面-0.4 m，第二层钢支撑顶0.6 m，高差1 m）。

③型钢支撑的安装遵循先主要构件，后次要构件的原则，按围檩、立柱、钢托梁和型钢支撑的顺序进行，尽快形成封闭受力体系并施加预应力。

④在混凝土圈梁上的预埋构件上焊接搁置钢支撑的托架，同时在基坑中的钢立柱上测出托架的标高线；在钢立柱上焊接140×140×14的角钢作搁置钢支撑横梁的托架。

⑤立柱托架角钢（140×140×14）安装完成后，根据图纸长度下料，将横梁吊放于立柱托架上，确定位置后托架与横梁间采用角铁进行限位，防止碰撞掉落。

⑥钢支撑架设前，先在场内预拼，按设计施工图的布置间距，在钢围檩上定出支撑中心点位，以中心的水平线为基准吊装钢支撑，用汽车吊将配置好的钢支撑型钢吊放就位。

⑦将搁置就位的型钢全长贯通，进行拼装，拼装完成后直接吊装安装，钢支撑安装完成后采用角钢紧固件进行限位连接。

3.4 预应力施加

钢支撑施加预应力的程序及数值应符合设计及专项施工方案要求。

钢支撑安装完成形成封闭体系后，按照设计要求分级施加支撑的预应力，预加轴力分三级进行，第一级在安装结束达到施加条件直接施加至预加轴力的100%（第一道支撑施加预应力200kN，第二道支撑施加预应力400kN），第二级在第一级施加结束后24h施加，第三级在挖土后24h施加，据此补偿损失的轴力。

钢支撑施加和控制预应力应符合下列要求：

①千斤顶应配备标定可靠、准确的计量监测装置，自锁装置；

②钢支撑安装完毕后待与冠梁接触处填充混凝土达到设计要求时方可施加预应力；

③预应力施加时，千斤顶压力的合力点应与钢支撑梁轴线重合，同一组钢支撑中千斤顶应对称、等距放置，且应同步施加预应力；

④施加预应力过程中，当出现焊点开裂、螺栓松动、局部弯曲等异常情况时，应立即停止加压并卸除压力，待对支撑的薄弱处加固后方可继续施加预应力；

⑤预应力施加后会出现不同程度的损失，当支撑出现压力损失时，应再次施加预应力；

⑥高温或低温施工期间应根据温度变化及巡检情况加强预应力监测，当发现预应力减少或增加后，及时通过千斤顶进行补偿以调整预应力。

3.5 实施方案

结合现场实际情况，本项目对闸首、闸室段分两次施工，钢支撑材料周转使用一次。先施工下闸首及相邻的一半闸室，待所支撑的下闸首及闸室底板完成回填结束后，拆除第二道支撑，随后开始对上闸首及剩余的一半闸室进行支撑施工。两次支撑区域结合部位于6#闸室，该位置在第一次支撑区域进行支撑用于放坡。

为便于统筹钢支撑的周转，事先对钢支撑进行编号，鉴于两层钢支撑除下游导航墙处不同外，闸首、闸室位置钢支撑配置、尺寸均相同。从上闸首始至下游导航墙止（第二层至下闸首），钢支撑以一品作为一个编号，第一层钢支撑编号为1-1、1-2…1-28，第二层钢支撑编号2-1、2-2…2-20。

施工时，第一层钢支撑从1-11向1-26安装，由于设计要求靠近下游围堰导航墙最后施工，1-27、1-28钢支撑留置导航墙施工前最后进行安装。第二层钢支撑从2-11向2-20安装。

根据船闸主体结构物施工顺序，合理安排钢支撑周转：7#、8#闸室底板施工完成后将 2-12、2-13、2-14拆除后安装至 1-8、1-9、1-10；9#、10# 闸室底板施工完成后将2-15、21-16、2-17拆除后安装至 1-5、1-6、1-7，多余的材料留存后用于1-1安装；下闸首及11#闸室底板施工完成后将2-18、2-19、2-20拆除后安装至1-2、1-3、1-4。闸室第一层墙身、下闸首廊道施工完成后材料周转对应关系与上述类同。考虑到上闸首1-1、2-1钢支撑钢支撑间距及长度不同，上闸首1-1和2-1钢支撑另配材料进行支撑安装。

图2 维护结构水平位移-时间-安徽侧

4 控制要点

①钢构件外观应无明显弯曲变形，翼缘板、端部边缘平直。翼缘表面和腹板表面不应有明显的凹凸面、损伤和划痕，以及焊瘤、油污、泥沙及毛刺等。

②安装前，钢支撑应对构件的外形尺寸、螺栓孔位置及直径、连接件位置、焊缝、摩擦处理、防腐涂层等进行详细检查，对构件的变形、缺陷，应在地面进行矫正、修复、替换，合格后方可安装。

③安装前应对基坑的定位轴线、基础、围檩、立柱轴线和标高进行检查，并应进行复测，存在交叉作业时，应同其他工种做好交接验收。

④在安装过程中，应根据设计和施工工况要求，确保立柱、支撑等结构的稳定性，必要时，应采取临时支撑或临时加固措施。

支撑结构安装允许偏差

⑤夏季施工会产生较大温度应力，应及时对支撑采取降温措施；冬季施工会产生冷缩使支撑端头出现空隙，应及时用钢板将空隙楔紧或采取其它可靠连接措施。

⑥支撑结构安装允许偏差不应超过下表的规定。

5 技术优势

装配式型钢支撑相较其他传统支撑工艺具有以下优点：

①高效快捷、省时省力。所有构件均为工厂模块化加工的标准件，满足各种长度及角度要求，现场拼装简便且无需养护，安装后即可进行下道工序施工。

②循环使用、降本增效。装配式钢支撑构件体系完备，无需现场切割，使用损耗率极低，可多次重复使用，使用寿命高达20年以上，综合成本较传统钢支撑及混凝土支撑相比优势巨大。

③安全可靠、技术领先。强节点弱杆件结构安全可靠，采用高强度螺栓连接，较传统钢支撑现场焊接及混凝土支撑质量更有保障，配套采用液压千斤顶及其应力伺服系统可实时动态进行应力补偿。

④绿色环保、节能减排。装配式钢支撑均为可回收周转性材料，与传统混凝土支撑相比，可大量减少不可回收资源的投入和建筑垃圾的产生，改善施工环境，造福子孙后代。

6 结论

装配式型钢支撑在水运工程中的应用解决了水运工程施工增设内支撑的难点，为深基坑土方开挖及基础施工提供了安全保障，解决了工程前期因无内支撑造成开挖的难题，可为今后水运工程船闸及码头深基坑开挖增添一种良好的实施手段与技术实践经验，同时也为钢支撑支护的应用开拓了新的领域。