赵书东
北京城建集团有限责任公司 北京市 100088
摘要：随着建筑业的发展，尤其是房地产市场的迅速发展，在这种背景下，为了节省土地费用，出现很多高层及超高层建筑，由于建筑结构埋深要求，一般基坑开挖深度较大，没有空间地基放坡开挖。若基坑支护设计不当，会导致基坑局部失稳，周边环境破坏，造成重大经济损失，引发社会矛盾；另一方面，建筑物向地上空间的发展，由于受造价、日照等因素制约，趋于向地下要空间。传统支护形式多为灌注桩+混凝土支撑、双排桩、地连墙等支护形式，基坑造价较大，钢筋混凝土用量较大，施工周期较长。由此，高刚度和高稳定性的预应力型钢装配式组合内支撑结构体系因此应运而生，有效地提高了基坑的安全性。
关键词：装配式结构；基坑工程；应用；展望
传统钢支撑强度大，可以重复利用，但对于大型基坑，钢支撑材料布置密度高，对土方开挖施工安排和安全性要求较高。鉴于此，装配式预应力钢支撑应运而生。标准化构件的应用可以满足不同现场环境的要求，无须现场加工，显著节省了施工空间，改善了施工条件，便于土方开挖，缩短了工期。材料的循环利用率高，促进了建筑行业的可持续发展。
1工程概况
某项目基坑为长条形，基坑长度约400m，基坑开挖深度为12.10m～13.60m，坑底位于粘土层中。
2工程地质条件
根据岩土工程勘察报告，拟建场地内地基岩土构成程序自上而下为：(1)素填土(Qml)———层厚0.80～6.10m;(2)层粘土(Q3al+pl)———层厚9.7～16.60m(3)层强风化砂岩（K）———层厚为3.40～5.20m (4)层中风化砂岩（K）———该层未钻穿，最大揭露厚度10m，其下无软弱下卧层。勘察场地地下水：拟建场地在(1)层耕填土中赋存有上层滞水，分布不连续，一般无稳定的自由水面，主要受大气降水和地表水渗入补给，蒸发及侧向径流形式排泄，勘察期间未能测得稳定的上层滞水静止水位；微承压水：(3)1、(3)2层风化带中的基岩裂隙水，具有弱承压性，一般水量不大，其径流方向受岩层面起伏变化、岩层产状、节理、裂隙发育等因素影响明显，水量与节理、裂隙发育程度及土层饱水性有关。由于深部弱承压水水量不大，水位埋藏较深。勘察期间测到该层地下水稳定水位埋深为0.40m～3.40m，稳定水位标高为21.49m～25.54m。
3装配式基坑支护施工流程
3.1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。
3.2 基坑开挖及钢支撑安装
该基坑采用纵向分层开挖，开挖至每一层钢支撑底200mm处停止开挖并将其作为工作面。对于托座位置，施工人员可以进行30°坡度的局部开挖以安装围檩或纵向钢材托座，托座焊接于钢板桩或中柱之上，焊接质量需要通过实验机构的无损试验。安装围檩、纵向钢材并通过螺栓安装装配式钢支撑构件。施工人员将螺栓拧紧后需要利用扭力扳手进行检查并做记录。在围檩与钢板桩之间的缝隙中浇筑填充混凝土，当混凝土强度达到30MPa后才可以对钢支撑施加预应力，并利用液压千斤顶对钢支撑施加预荷载，以满足设计要求。
3.3 钢支撑预压
将液压千斤顶放入钢支撑构件中（见图1），压力机将会显示施加的预荷载，先施加设计荷载的50%,2min内继续施加剩余荷载。达到设计荷载后，等待5min观察压力计的变化情况，之后施加额外荷载（应小于115%），并在缝隙之中插入垫片的同时重新检查拧紧螺栓。基坑转角的斜支撑应等同一支撑层的所有横向钢支撑预压完成后，再成对进行预加载。预压记录由各方签字并提交。
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图1装配式钢支撑预应力施工
4 装配式预应力钢支撑基坑支护的主要控制点
4.1 钢支撑构件满刻度荷载试验
在钢支撑构件运往现场安装前，需要进行荷载试验，以得到构件最大承载力、破坏模式、应力分布、荷载变形等参数，并确定材料再次利用的强度和安全性。为了达到该试验目的，支撑系统构件需加载至破坏。
4.2 焊接质量控制
对于基坑支护施工中的焊接，需要由实验机构进行无损焊接测试，焊接测试的频率应满足《Code of 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。
4.3 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。
4.4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，采用装配式钢支撑支护方案基坑开挖完成后，支护桩深层水平位移最大值为25m m左右，竖向位移为8m m左右，地表沉降为28mm左右，支撑轴力最大值为2100k N左右，满足变形控制要求。
结论
开发新型智能化施工装备，基坑工程和地下工程的不断发展，在很大程度上取决于工程机械装备的不断进步。伴随着“中国制造2025”国家战略的实施，工程机械装备行业有望提供精度高、质量可靠、适应性强、施工效率高、智能化和可视化的施工设备，为各类高难度和高复杂度的深基坑工程和地下工程施工提供技术保障。
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