型鋼支撐在某污水處理廠基坑優化中的應用

方興杰 孫 旻 韓 磊 冉岸綠 吳劍秋

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 概述

基坑內支撐通常采用混凝土支撐、鋼支撐以及鋼—混凝土組合支撐。混凝土支撐，施工時需要養護，工期長，拆除時產生大量的廢棄物，廢棄物回收利用率低。相比混凝土支撐，鋼支撐具有自重輕、施工速度快、綠色環保、可重復使用和不產生廢棄物的優點。本文介紹一種H型鋼支撐體系，圖1為該裝配式型鋼支撐圖，該體系由定型H型鋼支撐、鋼圍檁、連桿、千斤頂、立柱、托梁等組成，支撐主要構件采用H400×400×13×21。體系中的H型鋼支撐、鋼圍檁、連桿均采用螺栓拼接，輔以千斤頂保持軸力。

該體系具有以下特點，型鋼全部定型化，可重復利用，自由組合，普適性強；采用全螺栓裝配連接，大幅提高安裝施工精度，便于形成平面桁架，整體性好；通過自伺服千斤頂實時調節和監測支撐軸力，有效主動控制基坑變形；該體系可有效應用于深大基坑工程。

2 工程概況

某污水處理廠水池為生物反應池，基坑面積約15 148 m2，基坑周長約537.4 m。開挖深度5.3 m～7.45 m。場地現狀為空地，西側道路距基坑最近處為32 m，北側道路距基坑55 m，南側道路距基坑44 m，東側道路距基坑150 m，周邊無建筑物，場地環境相對簡單。基坑底部主要位于②-2淤泥質粉質粘土層，土層的力學性質見表1。

表1 土層物理力學性質參數

基坑原設計為圍護樁+一道混凝土支撐，圍護樁AB，CD段采用鉆孔灌注樁，BC，DE，EF，FA段采用SMW工法樁，立柱采用格構柱，設置對撐和角撐，東西對撐上設置混凝土棧橋。圖2為混凝土支撐及棧橋布置圖。

基坑典型剖面圖見圖3，基坑頂部放坡1 m，然后設置一道混凝土支撐。基坑底部靠近圍護區域采用三軸攪拌樁坑內加固。

該基坑最大挖深7.35 m，基坑面積不大，施工簡單，采用棧橋施工，過于浪費。由于該項目工期緊，且處于冬季施工，混凝土支撐及棧橋施工需養護才能進行基坑開挖，施工工期長，且混凝土支撐和棧橋拆除復雜，成本高。

3 型鋼支撐基坑優化

針對本基坑中混凝土支撐的不足，對整個基坑進行優化，內支撐采用裝配式型鋼支撐。根據地勘資料，詳細分析每個鉆孔地層參數，細化圍護樁的區間，鉆孔灌注樁、SMW工法樁規格型號均與原設計相同。AJB段采用鉆孔灌注樁，AJ段取消內支撐采用懸臂樁支護。BKC段采用SMW工法樁，JBK段采用雙拼型鋼組合角撐，立柱采用H型鋼，直接出入土體，在立柱樁上安裝牛腿，在牛腿上安裝托梁，托梁形成鋼支撐的安裝支座；鋼支撐端頭采用混凝土牛腿，在混凝土牛腿上埋板，在埋板上焊接角鋼，形成鋼支撐安裝的支座。CD段采用鉆孔灌注樁，KCD段采用雙拼型鋼組合角撐，立柱、托梁、牛腿均與JBK相同。

DEFG段采用SMW工法樁，鋼支撐布置采用一組三拼H型鋼構件，支撐端頭采用八字撐，角部采用雙拼角撐。

為了土方開挖方便GH段，優化為雙排樁，雙排樁頂部設置冠梁，中間用拉梁板連接前后排樁，形成整體門架支護結構。圖4為優化后的型鋼支撐布置圖，圖5為優化后的基坑典型剖面圖。

基坑內出土口設置在AHG邊，直接設置坡道至坑底，JBK，KCD，DEFG下部的土方掏挖至無支撐區域，然后運離基坑。本優化方案施工簡單，極大的節省工期和費用。

4 基坑優化后效果分析

1)工期。混凝土支撐施工需要墊層、支模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土和混凝土養護等工序，混凝土棧橋和支撐施工步驟基本相同，混凝土支撐和棧橋要形成閉合的受力體系才能發揮支撐作用，從施工到發揮支撐作用時間約20 d。混凝土支撐和棧橋拆除時施工復雜、安全隱患大、廢棄物處理困難、成本高、工期長，同時不利于地下室成品的保護。

型鋼支撐全螺栓裝配連接，鋼構件可在場地內預拼裝，拼裝好的構件直接采用塔吊、吊車安裝即可，工序簡單。安裝完成后，采用千斤頂施加預加力，可快速發揮支撐作用，進行基坑開挖，安裝速度快，可大幅度節省工期。經測算采用型鋼支撐相比混凝土支撐基坑工期節約20%以上。

2)經濟效益。混凝土支撐安裝和拆除費用簡單計算如下，混凝土500元/m3，安裝拆除成本約1 000元/m3，綜合單價約1 500元/m3，如拆除時采用靜力切割綜合成本更高。

鋼支撐施工費用1 200元/t，租賃費7元/(t·月)-1～8元/(t·月)-1，6個月租賃費用約1 440元，按6個月計算，6個月每噸鋼支撐費用約2 640元。鋼支撐可完全回收，每噸可替換2.5 m3混凝土，每替換1 m3混凝土可節約1 000元以上。本項目不僅支撐成本大幅度降低且優化節省大量混凝土支撐，取消了混凝土棧橋，產生可觀的經濟效益。

3)施工便利性。混凝土支撐施工工序多，需要投入多工種協同作業，投入勞動力多，工程量大，施工繁瑣，質量隱患大，給現場的施工帶來諸多不便。拆除時要采用重型機械破除，產生噪聲和大量廢棄物，廢棄物清理不便，安全隱患大。

鋼支撐采用全螺栓裝配連接，投入機械、勞動力均較少，安裝精度高，施工速度快，簡單方便，易操作。拆除時，只需釋放預應力，擰下螺栓，采用吊運機械吊離現場即可，安全性高，全部回收，無廢棄物。

5 結語

本文介紹了裝配式H型鋼支撐體系及其特點，以某污水處理廠基坑為工程背景，詳細介紹H型鋼支撐體系在基坑優化中的應用。1)H型鋼支撐采用全螺栓裝配連接，施工簡單，速度快，安全可靠，是基坑工程綠色發展的方向。2)相比混凝土支撐，H型鋼支撐在工期、經濟效益、施工便利性等方面均具有優勢，基坑工期節約20%以上，每替換1 m3混凝土可節約1 000元以上。3)H型鋼支撐可有效控制基坑變形，可應用于房建和市政基坑，為同類工程的設計及設計優化提供借鑒。