装配式基坑支护结构在水利工程中的应用

张弘扬

摘要：基坑支护通常采用传统钢支撑和混凝土支撑。混凝土支撑布置灵活，适用于不同基坑，刚度大，但其经济性差，材料不可重复利用，现场浇筑时间和养护时间较长，且易在安装、拆除过程中的产生安全和环境问题。基于此，装配式预应力钢支撑应运而生，文章主要分析水利工程中的装配式基坑支护结构应用，仅供参考。

关键词：基坑支护;装配式预应力钢支撑;施工流程;主要控制点

1 引言

内支撑支护技术在民用建筑行业发展较为成熟，但在水利工程中应用较少，主要原因为水利工程结构侧墙施工，一般为高大模板一次浇筑成型，且內支撑立柱布设受水利结构复杂限制不灵活，传统混凝土支撑拆除时，需搭设脚手架等辅助措施，工程造价较高且施工难度大，在悬臂结构无法满足变形控制要求时，宁愿选择锚索（杆）等外拉式结构，在土质较差或周边有建（构）物时，外拉式结构带来的风险较大。水利工程基坑一般开挖深度较大，且土质条件差，传统支护形式多为大放坡结合多级平台及悬臂桩支护形式，基坑边坡变形较大，在土质较好、周边环境变形控制要求不高时，可以顺利实施。

2 钢支撑的主要特点、应用现状及存在的问题

2.1 钢管支撑

（1）应用现状。钢管组合支撑适用于地铁、管廊等长条形基坑，在这些基坑中积累了大量的经验，安全性高。（2）存在的问题。材料易从内部锈蚀、维修保养不方便、使用寿命低。圆形支撑构件在材料运输、安装、存放不方便。支撑单根设置，支撑整体性差。支撑长度小于40m，应用范围窄。

2.2 钢管组合支撑

（1）应用现状。钢管组合支撑适用于民用及市政深大基坑，在较大深度、周边环境复杂及地质条件差的地区均可使用。（2）存在的问题。材料易从内部锈蚀，维修保养不方便，使用寿命低。圆形截面支撑构件运输、安装、存放不方便。施工时安装精度要求高，圆形截面支撑不易校正。支撑侧向限位普遍较差，易侧向偏移。目前缺乏对超长大跨度支撑的设计理论研究，依靠经验性较强。

2.3 鱼腹梁钢支撑

（1）应用现状。鱼腹梁钢支撑已应用于国内各地深大基坑，在面积大的基坑中，体现出较大优势。（2）存在的问题。鱼腹梁的安装精度相比其他类型钢支撑安装精度更高，事故风险率高，安全度低。支撑拼装采用斜交盖板，加强支撑杆件的作用有限，受力体系不易分析。预加力施加装置施加完成后即拆除，不能实时调节和控制轴力。

2.4型钢组合支撑

（1）应用现状。型钢组合支撑应用于建筑、市政基坑工程中应用广泛，实践表明，该支撑形式适用范围广。（2）存在的问题。支撑拼装采用斜交盖板，钢构件不在同一平面内，受力体系不易分析。预加力施加装置施加完成后即拆除，不能实时调节和控制轴力。

3 装配式基坑支护结构在水利工程中的应用

3.1 变形监测分析

根据基坑深度、支护形式及周边环境情况，变形监测项目主要为围护桩深层水平位移、竖向位移、地表沉降、支撑轴力及建筑物沉降，根据观测结果，采用钢管桩加装配式钢支撑支护方案，基坑开挖完成后，支护桩水平位移最大值为20mm左右，周边建筑物沉降最大值为3mm左右，支撑轴力最大值为1400kN左右，满足变形控制要求。

3.2 基坑开挖前工序

在基坑开挖之前，施工人员需要安装监测点，得到初始读数以观测施工过程中深层水平位移以及周边地下管线或建筑物沉降等。打入基坑工字钢中柱及进行钢板桩施工，当遇到有地下管线而无法进行钢板桩施工时，在两边钢板桩之间焊接10～12mm厚的横向钢板作为挡土板，每开挖至最多1m深便要焊接挡土板以确保基坑稳定及安全性。由于该基坑面积较大，需要通过抽水试验观察抽水对承压水引起的水位变化特征。随后进行降水井施工，利用钻机定位钻孔、洗井下泵，布置排水路线及电缆电路。

3.3 微型钢管桩

第一种是地下连续墙，这也是当下应用频率较高的一种类型，但这种类型的成本投入较高，施工周期也较长。第二种类型是微型钢管桩和土钉喷锚相结合。与第一种类型相比，这种类型在成本投入上和施工周期上都有一定的优势，这也是微型钢管桩在建筑领域中得到广泛应用的原因之一。第三种类型是钢板桩支护，这种类型所需要的建设空间较大，因此其适用范围相对受限，并不能应用到所有的建筑工程中。微型钢管桩在基坑支护设计中要明确好基本步骤。一要清理施工现场。对所有与施工无关的物品进行清理。二要进行放线测量。针对重要的测量点要进行复测，以保证测量数据的准确性。三要选择桩机。根据建筑工程的实际需求，合理的选择出最佳的桩机，避免出现性能过剩或性能不达标的情况，然后将选择好的桩机送到指定的施工现场。四要做好钢管下放和注浆。在下放钢管时，要时刻注意钢管位置，并按照相关工作流程开始进行注浆工作。五要开展制作冠梁和挖掘工作。以上五步为微型钢管桩在基坑支护设计中最为重要的步骤，只有做好这五步，才能够保证后续工作的顺利进行。

3.4 预应力钢支撑

第一，支护系统安装。钢板桩和工字钢基坑中柱需要严格控制垂直度，且应进行交叉检查，钢板桩锁扣严密，并做好量测记录，确保插入深度不小于设计深度。开挖过程应分层分段开挖，严禁超挖，挖斗不得碰撞钢板桩。为确保基坑稳定性，应严格控制各个支撑构件的安装标高，精准放线，将支撑标高及水平位置于现场清晰标出，遵循设计标高要求，误差不得大于5mm。托梁间隔不得大于设计间隔。钢支撑吊装采用90t和100t履带起重机，在吊装前用铁板焊接于支撑两端作定位限制器。各个构件安装时应确保螺旋紧固，定期检查，做好记录。预压所用仪器设备应定期标定，按照设计荷载及时间要求进行预压，对预压结果应做好记录及存档。第二，焊接质量控制。对于基坑支护施工中的焊接，需要由香港所认可的实验机构进行无损焊接测试，焊接测试的频率应满足《Codeof Practice for the Structural Use of Steel 2011》（Buildings Department）。对于角焊缝，应进行100%目视检查、10%磁粉或磁性渗透检查;对于对接焊缝，应进行100%目视检查、100%磁粉或磁性渗透检查以及100%超声波测试，以确保焊接质量，焊接测试报告需要提交给独立检查工程师作为参考，并出具每一层支护系统的可靠性证书，才可继续进行开挖工作。

4 结束语

装配式钢支撑能够实施，根据应力监测结果对预应力损失支撑进行补偿，较好地实现了基坑信息化施工，且装配式钢支撑可做到随撑随挖，不需养护，拆卸后可重复利用，装配率高，其施工较传统混凝土支撑对场地的要求较小，且施工速度快，不需要养护，是一种绿色支护技术，具有较好的推广应用前景。

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