中建八局项目基坑支撑新技术
混凝土 中建八局三公司 2023-02-22
近日，中建八局三公司成功应用“预应力鱼腹梁装配式钢支撑”技术，解决了传统混凝土内支撑造价高、工期长、内支撑密集、变形不可控、拆撑产生大量建筑垃圾和噪音污染等问题，是在应用中建八局工程研究院开发的双拼型钢内支撑之后，基坑支撑新技术的又一次有利尝试。
现场应用“预应力鱼腹梁装配式钢支撑”
预应力鱼腹梁装配式钢支撑（简称IPS）是运用预应力原理开发出的一种技术先进、绿色环保的大跨度基坑内支撑结构。该技术采用H型钢对撑（或角撑）压住鱼腹梁的两端，通过对鱼腹梁下弦钢绞线施加预拉力，使整个大跨度鱼腹梁产生向坑外的位移趋势，激发坑外的被动土压力，从而达到控制位移的目的。并对鱼腹梁两端的支撑施加预压应力，从而形成一个大跨度的、闭合的、稳定的受力体系。
该体系由上弦梁（围檩）、直腹杆、斜腹杆、下弦钢绞线，对撑、角撑等钢构件组成。是一种可回收、重复使用的装配式基坑内支撑体系。
预应力鱼腹梁平面布置图
现场应用“预应力鱼腹梁装配式钢支撑”
项目简介
森兰国际六期（D3-10）项目位于上海市浦东新区，建筑面积4.4万㎡，占地面积9687㎡，基坑开挖面积约8136㎡，周长约380m，最大开挖深度10.6m，地下室二层，地上有四栋商办楼。本工程基坑东侧为哈罗国际学校，北侧为上海市竹园中学、好奇妙幼儿园，其中哈罗国际学校距基坑边不足15m。东侧距基坑边9m和11m处为哈罗学校校内雨污水管线；北侧距离基坑4.8m处为燃气管线。基坑北侧、东侧环保等级为二级，环保要求高。
项目效果图
解决的难题
针对复杂的周边环境，从工期、经济、安全等多方面考虑，将原方案的第二道钢筋混凝土支撑改为预应力鱼腹梁装配式钢支撑。其成本可控，工期可控，环保可控，方案在经过专家论证后，逐步在现场进行落实，过程中重点监测钢支撑的轴力变化和基坑的变形，最终有效的控制住了北侧管线及东侧学校的变形，确保了周边管线和建筑物的安全。
现场应用“预应力鱼腹梁装配式钢支撑”
综合效益
预应力鱼腹梁装配式钢支撑绿色环保、节能减排、施工便利、缩短工期，是一种具有高冗余度的超静定结构，安全可靠。
经济效益：第二道支撑采用预应力鱼腹梁钢支撑后，省去现浇混凝土养护时间，缩短工期9天，降低成本52万元。
社会效益：预应力鱼腹梁装配式钢支撑标准化钢构件、螺栓连接，安拆方便，无混凝土的养护，缩短了项目工期；鱼腹梁跨度大，为土方开挖和地下结构施工提供了较大空间，施工便利性较好；支撑拆除后可以重复使用，节约了造价；拆撑不会产生噪音、粉尘和建筑垃圾，节能环保；鱼腹梁钢支撑通过施加较大的预应力有效的控制了基坑变形，且施工过程中可调整预应力，有效保护地下管线和周边建筑物的安全，社会效益显著。
现场应用“预应力鱼腹梁装配式钢支撑”
附：同类项目往期介绍
在传统的基坑工程中，我们常见的的围护结构支撑方式是这样的：纵横交错的混凝土或钢结构内支撑，导致挖土施工空间小，安装拆卸又费力费时……
传统混凝土内支撑
传统钢结构内支撑
传统内支撑安拆及施工不便
我们在江阴城建南门商业街区项目上，见识了一种新型的基坑围护结构支撑方式：预应力鱼腹式钢支撑体系，它的施工现场是这样子：
预应力鱼腹式钢支撑工地全貌
预应力鱼腹式钢支撑工地局部
直观对比之下，这种新型的支撑方式给我们的第一感觉是：支撑杆件很稀疏，挖土施工空间非常大；支撑用料少且为标准件，方便安拆且可回收周转……
同一项目两种方案的施工空间对比
那么，这种新型支撑体系的原理及组成是什么样的呢？
我们来看整体示意图，支撑体系结构由四大构件组成：① 腰梁、② 鱼腹梁、③ 对撑/角撑、④ 立柱，以及构件之间和内部的连接件。
整体示意图
之所以称之为“预应力”支撑体系，是因为整个结构是通过施加预应力来抵抗基坑围护的受力变形，我们来看一下受力示意图：对撑/角撑通过千斤顶和保力盒施加预压力，鱼腹梁通过钢绞线施加预拉力，抵抗了基坑围护的侧向压力。
受力示意图
接下来我们就深入现场并结合图纸来剖析一下这四大构件的具体组成。
1 腰梁
H型钢腰梁：通过螺栓沿着基坑周边冠梁连续设置，承载两侧压力
托架：设置在腰梁下方，连接围护桩体及腰梁，起到支撑作用
2 鱼腹梁
上弦梁：即为腰梁
直腹杆、斜腹杆：形成一个桁架结构，用于转递钢绞线与腰梁之间的力
桥架：位于直腹杆端头，钢绞线从中穿过
下弦钢绞线：经过张拉可提供预拉力
连接件：用于连接鱼腹梁与对撑/角撑
锚具：张拉、锁定并保持钢绞线的预拉力
3 对撑/角撑
H型钢对撑/角撑：传载轴向支撑预应力
加压横梁：垂直于支撑方向，横梁之间通过千斤顶对支撑加压
保力盒：千斤顶施压之后用保力盒塞进加压横梁，保持轴向预应力
盖板：在拼接节点处设置，加强对撑的薄弱部位以形成整体
系杆：在相邻盖板间设置，提供侧向约束提升整体稳定性
4 立柱
方钢管混凝土立柱：用于承载支撑体系自身重量
托梁、托座：将对撑/角撑的重量传递到立柱
抱箍：固定托梁和对撑/角撑
斜撑/剪刀撑：提升立柱的整体稳定性
在现场我们还看到，该项支撑体系除了开篇提到的挖土空间大、用料少可回收优点之外，由于自身采用全自动连续监测系统，可以通过动态施加预应力，更加有效地控制基坑变形。
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