淺談H型鋼支撐在深基坑工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

1、淺談H型鋼支撐在深基坑工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用摘要：文章結(jié)合南京國(guó)際博覽中心三期項(xiàng)目深基坑工程，介紹了該基坑工程的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)超長(zhǎng)型鋼支撐的穩(wěn)定性和不同材料支撐的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題，提出了雙層組合截面及軸力自動(dòng)伺服應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)等設(shè)計(jì)措施，保證了基坑工程的安全。關(guān)鍵詞：深基坑；裝配式H型鋼支撐；軸力伺服基坑支撐材料主要有混凝土及鋼和混凝土的組合形式1?，F(xiàn)澆混凝土支撐由于其剛度大，整體性好，可以采取靈活的布置方式適用于不同形狀的基坑，施工質(zhì)量相對(duì)容易得到保證，所以使用面較廣。但是混凝土支撐在現(xiàn)場(chǎng)需要較長(zhǎng)的制作和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，制作后不能立即發(fā)揮支撐作用；拆除混凝土支撐的工作量大、粉塵污染嚴(yán)重、振動(dòng)大、噪聲大，且材料不

2、能重復(fù)使用，不滿(mǎn)足目前綠色施工的要求。鋼支撐具有自重輕、安裝和拆除方便、施工速度快、可以重復(fù)使用和安裝后能立即發(fā)揮支撐作用等優(yōu)點(diǎn)。鋼支撐根據(jù)截面形式的不同可細(xì)分為鋼管支撐和型鋼支撐等。鋼管支撐為單向支撐，整體性差，施工精度難控制，主要用于狹長(zhǎng)形狀基坑，國(guó)內(nèi)公認(rèn)鋼管支撐的適用范圍為跨度40的形狀規(guī)則基坑2。裝配式型鋼支撐將多根型鋼組合成為一道支撐，并且所有節(jié)點(diǎn)均采用高強(qiáng)螺栓連接，工期更短，鋼材壽命更長(zhǎng)34，有效地解決了鋼管支撐的主要問(wèn)題。本文結(jié)合工程實(shí)例，論述了超長(zhǎng)裝配式型鋼支撐在深基坑工程中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及解決方案。1工程概況1.1工程簡(jiǎn)介南京國(guó)際博覽中心三期項(xiàng)目位于南京市建鄴區(qū)，南側(cè)為江

3、山大街、東側(cè)為江東中路、西側(cè)為燕山路、北側(cè)為金沙江西街，包括3棟130m高層建筑，2個(gè)展廳建筑，設(shè)2層地下室?；A(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，工程樁均采用鉆孔灌注樁。本工程塔樓區(qū)域基坑開(kāi)挖深度11.55m，其余區(qū)域基坑開(kāi)挖深度10.05m10.45m?；有螤顬?40m164m平行四邊形，基坑周長(zhǎng)為1215m，面積為73280m2?；峪B(niǎo)瞰照片如圖1所示，目前基坑內(nèi)支撐體系已全部拆除，地下室已完成。圖1基坑鳥(niǎo)瞰照片1.2周邊環(huán)境概況本基坑工程周邊環(huán)境較復(fù)雜，基坑北側(cè)、西側(cè)臨近市政道路，道路下分布有多條市政管線，包括給水、燃?xì)狻㈦娏?、電信、雨水、污水等管線；基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)臨近河道，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)邊線與河道間最小距

4、離12.8m。1.3工程地質(zhì)概況工程場(chǎng)地位于南京市河西地區(qū)，其地貌單元為長(zhǎng)江漫灘。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，地層起伏較大，基坑開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)的土層以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，該土層呈流塑狀態(tài)且壓縮性大，流變性、觸變性明顯，受擾動(dòng)后土體強(qiáng)度極易降低，基坑開(kāi)挖后易出現(xiàn)較大變形。各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1、2所示。2基坑支護(hù)設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)方案本工程基坑規(guī)模巨大，空間效應(yīng)、時(shí)間效應(yīng)顯著。通過(guò)對(duì)各方案的經(jīng)濟(jì)性、工期等對(duì)比分析，本工程采用水平支撐順作法方案，豎向擋土結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁。為便于土方開(kāi)挖及地下室主體結(jié)構(gòu)施工，結(jié)合南京地區(qū)類(lèi)似基坑工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程豎向設(shè)置一層水平支撐系統(tǒng)。2.2周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)

5、地質(zhì)條件和基坑變形控制要求，支護(hù)樁選用直徑900mm1200mm鉆孔灌注樁，綜合基坑整體穩(wěn)定性、嵌固穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性確定支護(hù)樁嵌固深度，按照樁身彎矩包絡(luò)圖對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行分段配筋，以節(jié)省造價(jià)?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示。圖2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖2.3水平支撐體系設(shè)計(jì)本工程基坑面積大，基坑呈平行四邊形，尺寸為164m440m，采用十字對(duì)撐角撐方案，如圖3所示。對(duì)撐角撐方案可實(shí)現(xiàn)分段流水施工，即在對(duì)撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，提前進(jìn)行主樓區(qū)域土方開(kāi)挖；該方案支撐在水平向和豎向上避開(kāi)3棟塔樓的豎向墻柱及水平梁板結(jié)構(gòu)，可以在不拆除支撐的情況下，進(jìn)行塔樓地上主體結(jié)構(gòu)的施工。結(jié)合棧橋布置，可滿(mǎn)足基坑土方開(kāi)挖和主

6、樓的混凝土澆筑施工。圖3鋼筋混凝土支撐平面布置圖為滿(mǎn)足建設(shè)單位對(duì)基坑綠色施工的要求，將西側(cè)一組鋼筋混凝土對(duì)撐調(diào)整為3榀裝配式型鋼支撐如圖4所示，并將部分混凝土棧橋板調(diào)整為裝配式覆工板。圖4裝配式型鋼支撐+鋼筋混凝土支撐平面布置圖。3超長(zhǎng)型鋼支撐存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題本工程基坑面積大，支撐長(zhǎng)度長(zhǎng)，鋼支撐在本工程的應(yīng)用中存在以下問(wèn)題。超長(zhǎng)型鋼支撐的穩(wěn)定性。建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）5中要求鋼支撐受壓桿件的長(zhǎng)細(xì)比不應(yīng)大于150。本工程水平長(zhǎng)度達(dá)到164m，長(zhǎng)度已超出常規(guī)鋼支撐應(yīng)用范疇。超長(zhǎng)裝配式型鋼支撐的穩(wěn)定性直接影響到基坑的穩(wěn)定性。不同支撐形式的變形協(xié)調(diào)。水平支撐同時(shí)采用型鋼支撐與

7、鋼筋混凝土支撐兩種不同形式，兩種材料的支撐剛度、壓縮變形相差較大，如何保證不同支撐處基坑變形的協(xié)調(diào)是本工程的難點(diǎn)。4超長(zhǎng)型鋼支撐關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案4.1超長(zhǎng)型鋼支撐的穩(wěn)定性控制型鋼支撐長(zhǎng)度長(zhǎng)，單根型鋼支撐的長(zhǎng)細(xì)比無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)范要求。為提高型鋼構(gòu)件的截面慣性矩，降低支撐的長(zhǎng)細(xì)比，本次設(shè)計(jì)采用雙層雙拼組合H型鋼截面，如圖5所示，H型鋼支撐之間采用H型鋼相連，組合構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比控制在80以?xún)?nèi)。采取雙層組合截面，可增大支撐水平間距，便于土方開(kāi)挖。圖5雙層雙拼組合H型鋼截面圖4.2支撐剛度與變形協(xié)調(diào)本工程支撐采用鋼筋混凝土和裝配式H型鋼兩種不同形式支撐進(jìn)行組合，為協(xié)調(diào)支撐及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，本工程采取以下

8、措施：在構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，通過(guò)調(diào)整支撐剛度和預(yù)加軸力反復(fù)試算迭代，使得型鋼支撐軸力與鋼筋混凝土支撐圈梁處水平位移接近；型鋼支撐長(zhǎng)度達(dá)到164m，基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中，鋼支撐易出現(xiàn)支撐軸力損失、基坑變形加劇等問(wèn)題，設(shè)計(jì)采取軸力自動(dòng)伺服應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)，即在鋼支撐上設(shè)置可實(shí)時(shí)施加預(yù)應(yīng)力的軸力自動(dòng)補(bǔ)償裝置，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，預(yù)應(yīng)力可實(shí)時(shí)施加，能有效地控制型鋼支撐段支護(hù)結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土支撐段支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。5結(jié)語(yǔ)以南京國(guó)際博覽中心三期項(xiàng)目基坑工程為背景，介紹了超長(zhǎng)裝配式型鋼支撐的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案。本項(xiàng)目實(shí)踐表明，通過(guò)調(diào)整裝配式H型鋼的組合截面和軸力自動(dòng)伺服應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)，可有效控制型鋼支撐的穩(wěn)定性及基坑的變形。裝配式型鋼支撐是一種模塊化拼裝、可便捷拆卸的裝配式新型內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式，具有安裝拆卸速度快、無(wú)需養(yǎng)護(hù)、可重復(fù)使用、綠色無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，符合國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能高效、綠色環(huán)保的建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展理念，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)（第二版）M.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.2白潔,葛杰,雷克.中日基坑鋼結(jié)構(gòu)支撐體系對(duì)比J.施工技術(shù),2016,45(01):10-1