型钢组合支撑体系在大型深基坑中的应用

型钢组合支撑体系在大型深基坑中的应用

陆镝鸣

上海建工七建集团有限公司   上海   200050

摘要：型钢组合支撑较钢筋混凝土支撑具有装配化程度高、施工速度快，无需养护，同时可施加预应力，对于基坑变形控制主动性强，拆除施工对周边环境影响小等特点，有效缩短了施工工期，降低施工成本，结合背景工程，对于型钢组合支撑在大型深基坑中的应用进行总结，为今后类似工程施工提供了借鉴参考。

关键词：型钢组合支撑；大型深基坑；预应力

钢筋混凝土支撑体系已广泛应用于各类大型深基坑施工中，其具有刚度大、整体稳定性好、施工工艺成熟等特点，但是其施工工期较长，且需要一定的养护周期，对于开发周期短、施工工期紧的项目，钢筋混凝土支撑施工往往无法满足施工工期要求，同时施工材料一次性投入较大，无法周转使用，拆除后废弃物较多，给环境保护造成一定压力。随着施工技术的不断发展，各类新型支撑体系已广泛应用到各类基坑施工中，型钢组合支撑体系就是其中之一，型钢组合支撑是用高强螺栓连接标准构件并施加预应力的装配式结构[1]。相较于钢筋混凝土支撑具有装配化程度高、施工速度快，无需养护，同时可施加预应力，对于基坑变形控制主动性强，拆除施工对周边环境影响小等特点，支撑材料可

作者简介：陆镝鸣（1978-），男，本科，工程师

通信地址：上海市长宁区武夷路150号（200050）

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收稿日期：2023-

周转循环使用，有效降低施工成本，符合绿色节能环保的建设发展理念[2]。

本文结合背景工程实例对型钢组合支撑体系选型、施工关键技术以及基坑变形监测等进行分析与总结，为今后类似工程施工提供了借鉴参考。

1 工程概况

1.1 工程总体概况

自贸区临港新片区PDC1-0103单元A02-01地块位于上海市浦东新区环湖北三路北侧，安茂璐南侧，杉云路东侧，香柏路西侧，用地面积22472.9m²，总建筑面积93025m²，其中地下建筑面积33403m²，地上建筑面积59622m²。地下二层为车库，地上共设置11栋单体建筑，主要包括4栋17层商品住宅、1栋16层商品住宅；2栋17层租赁住宅及相关配套用房。主要的结构形式为钢筋混凝土框架结构及剪力墙结构。

1.2 工程周边环境

项目基坑面积约18676㎡，普遍开挖深度为9.25m，周边市政道路下方设有燃气、通信、上水、雨污水等重要管线，且大部分管线距离基坑边5~15m范围内，基坑周边管线较为密集。

1.3 水文地质概况

基坑开挖深度范围内涉及土层主要为①0填土；①1-1吹填土（粘质粉土夹泥质粉质粘土）；①1-2吹填土（粘质粉土）；②3-1砂质粉土；②3-2粉砂。

对本次基坑工程开挖有影响的主要为潜水，承压水对本工程基坑开挖基本无影响。

2 围护设计方案选择

本工程基坑开挖面积约18676㎡，普遍开挖深度为9.25m，基坑安全等级为二级，由于北侧及东侧市政道路下市政管线距离较近，大量市政管线位于一倍基坑开挖深度范围内，环境保护等级北侧及东侧为二级，南侧及西侧为三级。开挖范围内以砂质粉土为主，土层力学性质较好，围护桩可采用钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩止水帷幕或者型钢水泥土搅拌桩等；水平支撑体系可采用钢筋混凝土支撑体系或者型钢组合支撑体系。

围护桩采用钻孔灌注桩，其刚度较大，结合水泥土搅拌桩止水帷幕止水效果较好，但施工周期较长，一次性投入成本较高，对于施工场地占用较多。采用型钢水泥土搅拌桩施工周期短，成本较钻孔灌注桩较低，场地占用较少，但刚度相对较小，对于水泥土搅拌桩施工质量控制要求高。

水平支撑体系采用钢筋混凝土支撑，其刚度较大，控制变形能力强；构件布置灵活，有利于土方开挖，但是施工周期较长，施工成本较高。采用型钢组合支撑，其刚度较小，但可施加预应力，以有效控制变形，安拆较为方便，施工周期较短，材料可周转使用，施工成本较低。

由于本项目为住宅工程，建设单位对于项目开发周期及预售节点等有明确要求，施工工期较紧，且基坑形状较为规则。综合考虑成本投入及施工工期等因素，最终项目围护桩采用型钢水泥土搅拌桩，水平支撑体系中第一道支撑采用钢筋混凝土支撑（根据沪住建〔2019〕4号文要求），第二道支撑采用型钢组合支撑。型钢组合支撑平面布置如图1。

图1  型钢组合支撑平面布置图

3 关键施工技术

3.1 施工流程

支撑安装作业面土方开挖→施工混凝土围檩、牛腿→托座、支撑梁安装→角撑、对撑安装→施加预应力。

3.2 混凝土围檩、牛腿施工

先开挖至混凝土围檩底标高，与围护型钢水泥土搅拌桩焊接埋设吊筋。

型钢组合支撑预埋件的安装与混凝土围檩、牛腿施工同步进行。采用埋设地脚螺方式连接钢支撑预埋件。地脚螺栓规格及数量严格按照设计图纸控制。牛腿配筋、螺栓、角度均需严格按照图纸控制。混凝土围檩、牛腿详图见图2。

图2 混凝土围檩、牛腿详图

混凝土围檁的标高和轴线允许误差不得大于5mm。

3.3 托座与支撑梁安装

托座件的安装务必控制其水平标高，误差不得超过5mm，相邻托座的顶面标高差不得大于L/1500（L为间距），且不应大于10mm。

托座件的安装严格控制垂直度，即使立柱桩发生偏位，托座可通过加垫钢板达到垂直要求。当立柱的标高定位发生偏差时，可以用槽钢代替托座（临时调整方式）与支撑梁进行连接，本工程中立柱与托座连接方式采用焊接，要求满焊且焊缝高度不小于8mm。

在立柱上定位后，焊接托座与立柱，焊缝不小于8mm，之后横梁与托座采用4个高强螺栓连接。若无法满足4个高强螺栓连接，则该处焊接角钢以加固立柱与横梁连接。

3.4 角撑、对撑安装

每道角撑安装前应先在地面进行预拼接并检查预拼后支撑的顺直度，经检查合格后按部位进行整体吊装就位。

角撑、对撑预拼过程中，将WA构件、专用千斤顶、TO构件等通过螺栓连接牢固，另专用千斤顶的十字锁扣须设置在中间，即前后各留三丝的余地，便于拆除时预应力卸除。部分角撑、对撑连接过程中，若加压端的放置空挡存在多余空间时必须使用相对应厚度的钢板垫紧贴密，防止支撑体系受力后整体发生偏心。

H型构件拼接时，其接头中心线的偏心度控制在20mm之内。二根H型构件拼接后两端的标高误差不得大于20mm，且不得大于整个支撑长度的1/600。平行的H型构件安装后水平轴线偏差不得大于30mm，其与围檩、连接件和预应力装置之间的夹角须达到设计要求，误差为±3度。角撑、整体挠曲度允许值为跨度的1/1000。

3.5 预应力施加

根据施工图纸中每个加压位置的施加应力值，按照每根型钢一个千斤顶的原则计算每个千斤顶的加压数值。

检查各部件螺栓的连接是否紧固，围檩与围护体系的连接状态。在预应力施加前期准备阶段，为了围檩和围护桩更好的连接，先施加部分预应力。

预应力施加原则：分区、分级、循环。单次循环预应力施加流程为：先施加设计值20%→施加设计值50%→施加设计值70%→施加至设计值100%。

施加预应力时，要及时检查每个接点的连接情况，并做好施加预应力的记录；严禁支撑在施加预应力后由于和预埋件不能均匀接触而导致偏心受压。

为了控制千斤顶油缸伸出的长度在10cm以内，在加压时可以采取在千斤顶后面设置钢板的措施来调整油缸长度。

图3 预应力施加照片

预应力施加完成之后，施工人员务必检查确保支撑横梁与角撑、围檩有效连接；尤其是角撑和围檩须用高强度螺栓进行紧固，以提高型钢组合支撑体系的整体刚度。在每处紧固点要求4个螺栓连接，因故不能布设4个螺栓的，最少不得少于2个连接螺栓，并且进行加固处理。

3.6 轴力监测

采用弦式反力计或应变片直接布置于型钢组合支撑构件主要受力点，通过传导电缆线将变形应力进行集成，监测频率正常情况下1～2次/天，异常情况下3～6次/天。

3.7 支撑拆除

型钢组合支撑拆除时应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂，预应力卸载应分级进行。预应力卸载与支撑拆除过程中应安排专人进行24小时监测，基坑及周边环境无明显变化后继续拆除，若出现变形报警，应立即停止支撑拆除；分析其原因，采取相应的补救措施。

型钢组合支撑体系的预应力卸除之后，开始拆除支撑连接处的下部螺栓，上部螺栓只需拧松即可。拆除施工时先行拆除锚固件等构件，再进行单个构件的拆除与吊运。

型钢组合支撑拆除后应进行整理，凡构件变形超过规定要求或局部残缺的应进行校正修补。型钢组合支撑构件应分层堆放整齐，高度一般不超过四层，底层构件下方应设置垫木。

4 实施效果

基坑施工阶段自型钢组合支撑安装至地下室底板浇筑完成，支撑轴力最大值为1766KN，小于设计报警值界限值（报警界限值为2000KN）。围护墙体深层水平位移累计最大位移量为95.3mm，达到设计报警界限值（累计设计报警界限值为46mm），分析其原因主要由于基坑开挖期间受土方外运等影像，从而造成基坑开挖时间较计划有所延长，受时空效应的影响，从而造成围护墙体深层水平位移超设计报警界限值，后经垫层加强以及加快底板施工进度等措施，确保了最终基坑的整体稳定以及周边环境的安全。

5 结语

本工程支撑系统采用钢筋混凝土与型钢组合支撑体系，充分发挥了钢筋混凝土支撑刚度大以及型钢组合支撑安装与拆除施工简便，有效的加快的施工进度，满足了项目开发进度要求，同时通过施加预应力，有效的控制了基坑变形，减小了对周边环境的影响，最终取得了良好的效果，为钢筋混凝土与型钢组合支撑体系在类似深基坑施工中应用提供了借鉴。[3]

参考文献

[1] 李瑛 预应力型钢组合支撑特点分析和工程应用[J].地基处理.2016年第1期

[2] 李瑛，陈东，刘兴旺等 预应力型钢组合支撑应用于软土基坑支护[J].岩土工程学报.2014

[3] 陈立国，刘光鹏 钢筋混凝土与型钢组合支撑体系在深基坑施工中的应用[J].黑龙江交通科技.2010年第4期