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1、围护结构钢支撑施工工艺工法1前言工艺工法概况钢支撑是明挖结构内支撑体系重要组成部分，每根钢支撑有多个短节钢管拼接而成，通过法兰盘进行连接，钢支撑一头安放在钢围檩的托板上，另一头通过活络头安装在对面的一侧，通过活络头用千斤顶对钢支撑按照设计要求预施加一个轴力，并对该轴力实行监控，以便掌握结构变形情况。在结构拐角处由于距离比较小，不适合架设钢支撑，可以用型钢焊接成短节的型钢支撑作为支撑体系。工艺原理钢支撑是支撑体系的一种形式。目前较为广泛的应用于地下工程，特别是深基坑开挖工程中最为常见，它主要是将基坑一侧土压力通过钢支撑的作用，传递到另一侧，与另一侧的土压力保持平衡，从而使基坑处于安全的状态，钢支
2、撑轴力的变化能间接的反应出基坑两侧土压力变化情况，因此可以通过对钢支撑轴力监测，正确的指导安全施工。基坑在开挖过程中，随着深度的增大，两侧土压力也随之增大，土压力通过力的传递到围护结构上，向基坑内侧侵斜，采用刚性的型钢对撑之后，将基坑两侧的土压力很好的平衡。以达到预期效果。2工艺工法特点钢支撑施工简单，适用性强，操作方便，时效性强，可周转重复使用。3适用范围主要使用在地下工程、深基坑工程。4主要引用标准地铁设计规范（GB50157）建筑基坑工程技术规范(YB9258)建筑基坑支护技术规程（JGJ120）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）建筑桩基技术规范（JGJ94）建筑工程施工现场供
3、用电安全规范（BG50104）建筑地基基础设计规范（GB50007）建筑钢结构焊结技术规程(JGJ81)5施工方法钢支撑架设与基坑土方开挖是深基坑施工密不可分的两道关键工序，支撑架设极具时间性和协调性，支撑架设的方法、时间、位置及预加力的大小直接关系到深基坑稳定的成败。支撑架设必须严格满足设计工况要求。钢支撑拼装过程钢支撑在拼装时保证支撑接头的承载力符合设计要求。钢支撑连接时必须对称上螺栓，按顺序紧固。要有钢支撑支托措施，防止坠落。钢支撑安装前一定要检查钢管的平直度，若不平直要进行矫正。钢支撑架设方法每节段分层开挖至钢支撑架设的高度后，立即放出支撑位置线及标高线。第一道 钢支撑架设在冠梁预埋钢
4、板上，其它各层钢支撑安装钢围檩支架牛腿后，安装加工好的钢围檩，钢支撑两端的钢围檩应保持同一水平位置。 将焊接好的三角形钢支架在钢支撑中心位置与钢围檩相焊接，并与其背后的抗剪加强肋板相焊接。将厂家制作的单根支撑钢管与活接头采用高强螺栓进行现场连接，组装成为成型的单根钢支撑。用2台25t汽车吊或1台50t履带吊（或龙门吊）吊放钢支撑到钢支座上，并使活动端较宽位置支撑于围护桩上。钢支撑的长度由现场实际长度确定。微调采用特制钢楔，完成钢支撑组装的各种工作。为防止钢支撑在施加轴力时由于自重产生过大的挠度，在对钢支撑施加预应力时汽车吊（或龙门吊）吊装钢丝绳必须持力，不得放松。在钢支撑支架处焊接防坠钢板，完
5、成施加预应力前的各种准备。6工艺流程及操作要点施工工艺流程工艺流程图安设牛腿钢围檩吊 装 钢 支 撑施 加 预 加 力施工监测基 坑 开 挖钢支撑组拼楔 块 锁 定轴力监测后期轴力监测不合格合格 图1 工艺流程图工艺施工操作顺序1.基坑开挖至冠梁下后，立即放样出支撑位置线，此时挖掘机进行中部拉槽，同时在桩体上植筋安装三角托架以及通常扁钢。2.托架、围檩安装焊接完毕后，开始吊装第一层钢支撑，施工时拟采用一台25t的吊车在基坑外架设（或采用龙门吊进行架设），吊起时两端轻放在支座上，固定端与冠梁预埋钢板点焊，以防支撑水平滑动；活动端微调采用特制钢楔加塞施加预应力，方法：采用两台100t的油压千斤顶施
6、加钢支撑预加力，在活动端逐级加压，施加预应力达到预加轴力，且压力表读数稳定为止，并采用特制铸铁楔子塞紧。3.第一层支撑安装完毕后，进行第二层土方的开挖，开挖至第二道支撑底标高后，待本层土方开挖拉槽完成后开始安装第二层钢支撑，工序内容与第一层大体相同。操作要点施工准备1.材料准备：主要材料包括钢管、型钢、膨胀螺栓。材料的进场、报验等资料齐全。2.技术准备：仔细审核图纸，编制施工方案上报监理审批，下发技术交底。3.人员准备：管理人员及施工人员配备齐全，提前到岗，统一组织进行安全技术教育培训。特种工必须持证上岗。4.设备准备：钢围檩加工的焊机切、割用的氧气焊、手电钻、吊车等设备齐全，吊车的吨位根据施
7、工场地情况以及钢支撑长度、重量等综合考虑，施加预应力的千斤顶规格，根据预加轴力大小确定，但预加最大轴力不应超过千斤顶额定功率的80%。所有设备必须报验合格方可进场使用。5.场地准备：加工场地提前规划、所有地面必须硬化处理。辅助设备配备齐全。施工操作要点1.支撑架设时机钢支撑和土方开挖是两道密不可分的工序，二者相互促进，同时也相互制约。如何选择一个合适的支撑架设时间是关系整个施工进度的关键。对于主体结构而言，结构长度较长，深度较大，上下两道钢支撑间距一般在5米左右，有利于大型挖机的流水作业。每次开挖长度在15米左右，因此要做到支撑位置外露时就需及时架设钢支撑，以确保结构安全。2.钢支撑架设必须准
8、确到位，并严格按设计要求施加预应力，尤其注意斜撑的稳定性，在斜撑作业时，安装每一环节均要做到精心作业，同时钢围檩在制作、安装过程中也必须保证其稳定、强度及变形的要求。3.连接牢固，与格构柱、围檩与围护结构连接施工钢支撑不是单独的起到内部支撑作业，它是与格构柱、钢围檩、围护结构共同组成了一个内部支撑体系。因此他们之间必须要有一个可靠的联系方式，以确保在外力作用下能够保证结构安全。钢支撑和格构柱的连接主要通过U型卡箍将钢支撑固定在格构柱上。连接形式如下图所示：图2 钢支撑和格构柱的连接钢支撑主要是分为型钢支撑和钢管支撑，因此与钢围檩连接方式也主要分为两种。型钢支撑与钢围檩采用焊接，如下图所示：图3
9、 型钢与钢围檩的连接钢管支撑与钢围檩采用焊接，如下图所示： 图4 钢管支撑固定端和活动端与钢围檩的连接4.应力施加设计要求图5 钢支撑轴力施加轴力施加时要遵循循序渐进，不断施加的方法，不能一步到位防止应力损失。同时在用千斤顶施加预加力时，力必须大于设计预加轴力。千斤顶施加轴力后，在用钢楔进行锁定时，会有一定的应力损失，从而降低安全系数，因此在加力初期就要施加一个大于预应力轴力，以确保应力的保持。在实际操作中，要预先进行试加一个力，钢楔安装到位后，要对轴力进行测算，以便监测出，期间应力损失多少，进行多次试验后，方可测算出应力损失大概是多少，在后期应力施加过程中才能做到准备。表1 设计轴力和预加轴
10、力表从基坑钢支撑架设至拆除的整个施工过程中，须对钢支撑严格监测，确保其稳定性。2.支撑两端与钢围檩相接，钢围檩要求必须与围护桩密贴，在有间隙的地方用细石混凝土充填密实。3.钢支撑安装时，轴线偏差5cm，并保证支撑接头的承载力符合设计要求。钢支撑连接时必须对称上螺栓，按顺序紧固，同时为防止钢支撑在施加轴力时产生过大的挠度，在施加轴力前先将挠度校正至水平。4.钢支撑安装前一定要检查加工成型的支撑是否垂直，不垂直的要进行矫正；然后将钢支撑安装在牛腿上支座上，并且紧固好。5.为保证施加预应力时斜撑钢围檩不会水平移动，每层斜撑钢围檩须设置抗剪凳,具体是在斜支撑中心两侧设置两个抗剪凳。抗剪凳位置应与实际护
11、披桩位置相对应。7劳动力组织钢支撑施工工序较多，包含钢支撑拼装，围檩加工、测量定位、托架安装、钢围檩安装、预加轴力等工序，合理组织劳力起着至关重要的作用。为了保证每天的施工进度，需配备如下劳动力：表2 劳动力配备表序号工种人数备注1钢支撑拼装、安装工18尺寸量取、现场加工、拼装2钢围檩加工、安装8型材下料、制作、打眼、安装3电工3现场用电设施的使用及维护4测量人员4基坑监测、锚索定位5安全员2负责现场全面安全工作6文明施工班3现场卫生8主要机具设备表3 主要机具配备表如下序 号作业名称机具设备型号规格型号单位数量备 注1安装钢支撑10t龙门吊台12膨胀螺栓打眼电钻把23施加轴力液压千斤顶台24
12、钢梁加工电焊机BS-300台65下料切割机JG-400台26钢梁加工配电箱自制个207钢梁安装汽车吊25t辆28放线全站仪徕卡TC402台19监测精密光学测量滑动测斜仪HCX-1台210监测水准仪苏光DSZ2台211监测精密水准仪DNA03台112监测水准尺苏光把313轴力监测轴力计套19质量控制易出现的质量问题钢支撑拼装不平直，误差超限。围檩连接部位焊接不牢固，特别是阴阳角部位焊接质量不达标。围檩背后回填不密实。轴力施加锁定后，预应力损失较大。保证措施 钢支撑拼装不平直，误差较大：加强钢支撑加工质量控制，进场验收必须严格，不合格的必须退场。钢支撑安装时，轴线偏差5cm，并保证支撑接头的承载力
13、符合设计要求。钢支撑连接时必须对称上螺栓，按顺序紧固，同时为防止钢支撑在施加轴力前由于自重产生过大的挠度，在施加轴力时汽车吊（或龙门吊）吊装钢丝绳必须持力，不得放松。钢支撑安装前一定要检查拼装成型的支撑是否平直，不平直（或存在变形）的要禁止使用。围檩连接部位焊接不牢固，特别是阴阳角部位焊接质量不达标现象较多。1.加强对工人的质量意识教育。2.加强制作、安装、焊接过程自检工作；将问题发现解决在萌芽状态。3.建立奖惩制度，对一次达标验收率高的作业班组或者个人给予奖励，对屡次出现不合格产品的班组进行处罚。围檩背后回填不密实：加强现场控制，必须按照规范施工，严禁施工干拌料、回弹料，更不得回填其他杂物等
14、。轴力施加锁定后，预应力损失较大：预应力损失主要是钢销子安装不密贴，或者因为钢销子接触面不平直光滑，出现毛刺现象，在千斤顶泻力后，钢销子受力后密贴造成轴力损失。在加工钢销子是，钢销子切割面必须平直，而且用力使钢销子与钢销子之间，钢销子与支撑之间密贴，确保千斤顶泻力后应力损失最小。10安全措施主要安全风险分析钢支撑架设不及时，导致围护结构严重变形甚至失稳。安装不牢固，造成支撑脱落量测不及时，信息不畅通，对支撑安全状态不掌握。吊装作业不规范，容易造成物体打击事故。保证措施项目经理 项目副经理 安全质量部专职安全工程师 工程技术部作业班组针对配合土方开挖，确保及时架撑，保证背后回填质量，以及加强质量
15、控制，必须建立安全质量体系，加强现场管理与协调。安全保证体系如下：图6 安全保证体系保证措施钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，其架设必须准确到位，并严格按设计要求施加预应力，并注意观测其变形，另外，从基坑钢支撑架设至拆除的整个施工过程中，须对钢支撑严格监测及防护，以确保其稳定性。为此，特制定以下措施。 1.进入施工现场人员一律戴安全帽，并接受入场教育。2.对施工人员加强安全施工的教育，定期进行专业安全检查。3.钢支撑加工前由负责加工的工长对加工机械的安全操作规程及注意事项进行交底，并由机械技师对所有机械性能进行检查，合格后方可使用。4.钢支撑在运输过程中要注意交通安全，运输车尾应
16、设置小红旗、警示灯等安全设备。5.在安装牛腿支架、钢围檩时一定要注意在基坑顶部设防护栏，并同时安排专人将边坡上部将杂物清理干净，防止坠物伤人。6.支撑吊装时其吊车下方及支撑回转半径内严禁站人，高空作业要系安全带。由于钢支撑跨度较大，活荷载对其影响较大，易使支撑因震动而失稳，所以严禁在其上放置各种物体及人员攀登和行走。7.土方开挖时在中心槽处布置挖掘机进行开挖，避免挖土机械碰撞已经架设的钢支撑。针对钢支撑防坠落，采取悬挂的措施：用一道1520mm钢筋或者钢丝绳把钢支撑箍起来挂在钻孔桩的主筋上。8.施工中需要重点做好对钢支撑安装和使用过程中的轴线偏差、钢围檩的位移的观测，如超过允许值，应迅速采取处
17、理措施。除此要注意基坑支护结构的水平位移及地面沉降监测。11环保措施钢支撑作业对环境造成不良影响的因素钢支撑钢围檩从开始加工到后期安装整个过程中，对周边环境照成了一定的影响，影响因素主要为：1. 钢围檩加工时的光污染2. 钢支撑架设时，噪音污染采取的相关措施起重吊装作业尽量减少噪音，可以安装消音装置。拼装过程，轻吊轻放，减少噪音。 电焊作业必须配备齐全的劳保用品。切割焊接等作业，施工完成后，每天做到工完料清，及时打扫焊渣并清理。严禁在晚上进行焊接作业，如确有必要时吗，必须搭建遮光棚，防止造成光污染。对余料、废料同意堆放管理，增强节能减排意识。加工的成品半成品应分类堆放整齐。采用标识标牌进行标识
18、。现场做好文明施工和安全用电。12 应用实例工程简介北京地铁八号线01标西三旗站、清河小营站主体结构均采用三层钢支撑支护，跨度为米，第一道采用A609（t=14mm）厚的钢管，第二、三道采用A609（t=16mm）。两个车站交错施工，车站内部又采取流水作业方式，大大节约了钢支撑的购置费和拼装费，为项目节约了很大成本。施工情况钢支撑拼装、围檩焊接加工、托架加工均采用提前加工，等土方开挖至支撑围檩作业面，在进行桩间网喷的同时，立即安排施工人员，进行打眼植入膨胀螺栓安装托架，安装围檩，并进行背后回填，此过程基本上需要24小时完成，基本和桩间网喷同步。然后，土方开挖继续拉槽，然后开始安装钢支撑，安装钢
19、支撑并施加轴力，每一施工段根据工程量多少，大约耗时半天至一天时间。每一段钢支撑从托架围檩安装到支撑安装施加轴力，一般需要三到四天时间。工程结果评价钢支撑节点均采用法兰和螺栓连接，安装及拆除方便，钢支撑根据基坑跨度，分别加工为6m、5m、4m、3m等标准节，同时加工2m，1m，等调节的非标准节。基坑钢支撑间距设计米到6米的大小不一，为提高加工效率及利用频次，减少改造工序，通过设计变更，将第一道所用钢支撑间距调整为6米，其他钢支撑间距全部变更为3米。由于第一道钢支撑没有钢围檩，全部支撑于冠梁上。这样，所有的钢围檩均加工为3米间距的标准节。通过上述钢支撑标准节和非标准节的配置，钢支撑在拼装过程中工作效率大大提高，而且在重复利用是方便快捷，无需切割改装，及增加了功效，有减少了材料浪费，提高了钢支撑的摊销利用率。通过设计变更调整，所有围檩均提前标准化加工，无需编号分类存放，使用时选择比较随意方便。拆除后再利用效率高，不需要重新改造加工。通过施工总结，钢支撑施工的特点比较鲜明：方便、快捷、高效、安全可靠；利用率高，摊销次数多，经济效益十分可观。建设效果及施工图片 图7 西三旗站基坑钢支撑全景 图8 清河小营站基坑第一道钢支撑全景 图9 钢支撑堆放整齐 图10 钢支撑防坠落 图11钢支撑架设 图12钢支撑效果图
