預應力內支撐在深基坑開挖支護中的應用探索

文/吳永男﹑崔振松 中國二十冶集團有限公司 上海 226000

預應力內支撐在深基坑開挖支護中的應用探索

文/吳永男﹑崔振松 中國二十冶集團有限公司 上海 226000

近年來，建筑工程數量及建筑物的密集度正在不斷攀升，為滿足日益提高的周邊環境﹑基坑性質及地質條件要求，基坑開挖支護方案層出不窮，主要包括地下連續墻﹑鉆孔灌注樁以及人工挖孔灌注樁等，有效保障基坑的穩定性，在實踐工作中發現在內支撐中施加預應力，能夠更好的提升支護效果，工后監測效果理想。

預應力；深基坑支護；工程

深基坑開挖時為降低樁墻側向位移和壓力，避免基坑較大變形，通常在工程中應用支撐式支護結構。設置支撐后應用千斤頂等加載辦法施加軸向力，實現預應力支撐，從而降低圍檁間的間隔﹑消除鋼支撐以及土體剪應力，并且增強基坑邊坡穩定性﹑控制基坑變形以及改善墻體受理條件。特別是軟土層，在一定深度的開挖后要予以預應力施加和支撐，從而降低流變效應和土體塑性變形。

一、深基坑開挖支護特點

深基坑開挖支護屬于臨時性的結構，具備較小的安全儲備以及極大的風險，一般在地下工程結束后便予以拆除，不再應用。內容主要包括土方開挖及支護體系施工，屬于綜合性非常高的系統工程，其次，還具備較高的環境效應和時空效應。在不同的地基基坑中施工差異十分明顯，相同城市不同區域也有明顯差異，相鄰建筑物是深基坑開挖支護的重點區域。

深基坑土方開挖過程中，必須要滿足如下條件：檢測數據合格﹑基坑降水符合預定標高﹑支撐結構和圍護結構符合設計強度，隨后方可準予施工。開挖土方要循序漸進并且均勻開挖，一般情況下需要沿軸線由中向兩側開挖。于圍護結構邊側進行集水井與排水溝的布置，抽排明水。當深基坑土方開挖滿足設計標高后則開始建筑混凝土墊層，從而平衡基底隆起變形，為深基坑營造底層支撐，并且降低圍護結構變形速度。

從一定程度上來說，支撐結構是深基坑開挖安全保障﹑控制基坑位移和收斂的有效途徑，支撐施工過程中對各個工序予以嚴格檢測，尤其是混凝土施工質量﹑鋼材制作安裝，直至支撐﹑冠梁的強度達到100%后才可以進行基坑挖開工作。

二、預應力內支撐的作用及影響因素

1.預應力內支撐的作用

隨著市政工程的繁榮，基坑逐漸向著大﹑深的方向發展，當基坑的深度達到一定的程度，其內支撐剛度將會成次方的下降，且溫度影響十分明顯，目前常見的混凝土支撐和鋼支撐均難以滿足基坑水平位移的控制標準。但是，大量的工程實踐表明，預應力內支撐能夠有效控制這種深基坑的水平位移，是當前深基坑開挖中的最佳內支撐辦法。在預應力內支撐的應用過程中，應當注意以下兩方面：（1）開挖土方前，應用預應力充分激發坑壁外的被動土壓力，從而有效降低位移作用；（2）考慮支撐支柱對支撐側向彈性約束，那么可以忽略強度削減以及整體穩定驗算。

2.預應力內支撐的影響因素

（1）開挖因素

內支撐影響因素中開挖因素是最主要的因素，在參考國內外先進研究成果和參考文獻中發現，深基坑開挖過程中，圍護結構支撐暴露時間和開挖空間尺度與土體位移存在一定的關聯性。根據深基坑開挖時的時空效應，則可以以此為依據更好的控制土體位移。

（2）預應力施加大小因素

預應力內支撐中通常應用鋼材，主要由于鋼支撐自重較輕且便于裝拆，能夠降低圍護墻因土體蠕變和支撐時間長導致的變形；鋼支撐屬于工具式結構，可以重復應用；便于控制鋼管內支撐的施工質量，且沒有地層限制，對于各種條件的基坑工程均適用。鋼支撐從各個方面與混凝土對比具有較高的優越性。因此在各種深基坑開挖支護結構中得以廣泛應用。與混凝土相比而言最大的優勢便在于預應力的施加，但是混凝土只有在壓縮變形到一定程度后方可彰顯截面抗力能力，其次，這種支撐壓縮變形不利于環境環保。

三、預應力內支撐在深基坑開挖支護中應用實例論證

某人防工程地下兩層，戰時為甲類人防物資庫，完成地下建筑物施工后，于上方建設城市道路，工程總寬度為64.5m，總長度為341.00m，東西兩側均為高層建筑物，各自高度為84m和51m，在其高層中間動工人防工程。當基坑開挖直至一定深度后，緊鄰兩側建筑物，且距離不足10m，已不能正常應用放坡施工。如果單獨應用地下連續墻，則不能符合土體側壓力標準，而應用錨索加固，因高層建筑物基礎影響，并不能進行錨索施工，因此為了保證周邊高層建筑的穩定性及安全性，確保工程順利進行，應采用預應力內支撐加固﹑地下連續墻支護的方式予以深基坑開挖。

圖1

如圖1，挖深1m后于0.5m處設置第一道支撐，分層次施加預應力，預應力達到150kN/ m（為了更加充分的激發被動土壓力，預應力值設定為承受土壓力值的0.8-1.1倍），圖中，圍護樁變形用實線表示，位移大小用橫坐標數字表示（mm），不難看出，預應力施加后，圍護樁發生變形，因為變形向坑外發展，所以150kN/ m預應力僅能向上推出不足10mm。圖中被動土壓力變化用虛線表示（kN/m），施加支撐預應力后，土體生成被動土壓力，且峰值達到22kN/ m，應用預應力內支撐，因鋼支撐的剛度較低，所以支撐壓縮量高于100mm。此支撐變形壓縮主要在預應力施加時完成的，并且被千斤頂活塞伸長和應力裝置消化，所以累計水平位移并無影響。

在4.5m挖深處設置第二道支撐，預應力施加250kN/m。9m坑深狀況，基坑壁位移均控制在20mm以內。其中，第一道支撐壓力變化為155kN/m-148kN/m，第二道支撐為250kN/ m-272kN/m，總體變化不滿10%。

由此可見，為基坑內支撐施加合理的預應力，能夠有效控制樁后土體沉降以及支護結構的位移，從而確保基坑穩定，避免基坑變形。并且預應力相同的條件下，施加在第一道支撐的樁后土體沉降與支護位移控制效果明顯優于第二道支撐施加。

預應力內支撐能夠有效降低支護結構和土方位移，最主要的原因便是預應力內支撐能夠抵消壓力，并且消除土體機具的剪應力，當然預應力值要控制在合理的范圍內，例如Tsui和Clough便提出過大的預應力對基坑開挖支護的效果作用不明顯，主要由于過大的預應力可能會致使支護結構外位移，從而對地下管線及周邊建筑造成破壞，在實際應用中應予以注意。

總結：

總而言之，在深基坑開挖支護過程中，應用預應力內支撐，能夠有效控制樁后土體沉降以及支護結構的位移，有效提高基坑邊坡穩定性﹑控制基坑變形以及改善墻體受理條件，值得廣泛推廣應用。

[1]趙飛,楊闖.預應力管樁加內支撐技術在深基坑支護中的應用研究[J].科技風,2012(19):134-134.

[2]李旭強.談大型預應力鋼支撐在深基坑支護工程的應用[J].山西建筑,2014(23):103-104.