裝配式鋼支撐技術在某深基坑案例應用分析

陳震，趙貴生，王家瑞，孫昌興 （安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

1 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是房地產(chǎn)市場的迅速發(fā)展，在這種背景下，為了節(jié)省土地費用，出現(xiàn)很多高層及超高層建筑，由于建筑結構埋深要求，一般基坑開挖深度較大，沒有空間地基放坡開挖。若基坑支護設計不當，會導致基坑局部失穩(wěn)，周邊環(huán)境破壞，造成重大經(jīng)濟損失，引發(fā)社會矛盾；另一方面，建筑物向地上空間的發(fā)展，由于受造價、日照等因素制約，趨于向地下要空間。傳統(tǒng)支護形式多為灌注樁+混凝土支撐、雙排樁、地連墻等支護形式，基坑造價較大，鋼筋混凝土用量較大，施工周期較長。由此，高剛度和高穩(wěn)定性的預應力型鋼裝配式組合內(nèi)支撐結構體系因此應運而生，有效地提高了基坑的安全性。

本文以某深基坑支護為例，分析裝配式鋼支撐的應用，結合現(xiàn)場監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)對變形土體土質(zhì)參數(shù)進行折減，并分析計算裝配式鋼支撐對周邊環(huán)境影響，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整裝配式鋼支撐預應力，實現(xiàn)基坑自身及周邊環(huán)境安全。

2 工程概況

2.1 基坑工程及周邊環(huán)境概況

本基坑位于合肥市繁華大道與宿松路交口的西南角，基坑為長條形，基坑長度約400m，基坑開挖深度為12.10m～13.60m，坑底位于粘土層中。基坑北側臨近繁華大道，東側臨近宿松路，西側臨近安徽省建筑設計研究院有限責任公司總部大樓（17F），南側臨近已建醫(yī)藥倉庫和物流基地。

圖1 基坑支護周邊環(huán)境關系圖

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，本基坑典型工程地質(zhì)剖面如圖2所示。擬建場地內(nèi)地基巖土構成程序自上而下為：①素填土(Qml)——層厚0.80～6.10m；②層粘土(Q3al+pl)——層厚9.7～16.60m③層強風化砂巖（K）——層厚為3.40～5.20m④層中風化砂巖（K）——該層未鉆穿，最大揭露厚度10m，其下無軟弱下臥層。勘察場地地下水：擬建場地在①層耕填土中賦存有上層滯水，分布不連續(xù)，一般無穩(wěn)定的自由水面，主要受大氣降水和地表水滲入補給，蒸發(fā)及側向徑流形式排泄，勘察期間未能測得穩(wěn)定的上層滯水靜止水位；微承壓水：③1、③2層風化帶中的基巖裂隙水，具有弱承壓性，一般水量不大，其徑流方向受巖層面起伏變化、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理、裂隙發(fā)育等因素影響明顯，水量與節(jié)理、裂隙發(fā)育程度及土層飽水性有關。由于深部弱承壓水水量不大，水位埋藏較深。勘察期間測到該層地下水穩(wěn)定水位埋深為0.40m～3.40m，穩(wěn)定水位標高為21.49m～25.54m。

圖2 典型工程地質(zhì)剖面圖

3 設計方案

3.1 計算參數(shù)

勘察報告提供的土層材料的物理力學參數(shù)如下表，根據(jù)現(xiàn)場變形監(jiān)測及檢測、補勘結果，結合反分析計算，本設計方案計算時對原勘察報告中土體力學參數(shù)折減后取用，已施工圍護樁按原設計參數(shù)進行計算。

土層物理力學參數(shù)

3.2 設計方案

基坑設計方案：東北角處采用大直徑雙排樁（φ1100）+1道鋼結構斜撐支護，余處采用單排樁+2道水平鋼支撐支護。場地填土較厚處采用壓密注漿處理，樁間采用80厚掛網(wǎng)插筋護面。另基坑坡腳采用磚砌排水溝及集水井明排。

支護設計平面、剖面圖、監(jiān)測點布置圖如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 基坑支護平面布置圖

圖4 支護典型剖面圖

圖5 監(jiān)測點布置圖

3.3 施工布署

3.3.1 施工順序

①圍護樁施

②型鋼支撐安裝準備

③第一層土方開挖

④定位放線

⑤立柱施工

⑥安裝托梁（橫梁）

⑦焊接牛腿安裝圍檁

⑧安裝型鋼支撐梁

⑨施加預應力

⑩第二層及以下土方開挖，第二道及以下型鋼支撐梁安裝

本工程裝配式鋼支撐實景如圖6所示。

圖6 裝配式鋼支撐實景圖

4 變形監(jiān)測分析

根據(jù)基坑深度、支護形式及周邊環(huán)境情況，變形監(jiān)測項目主要為圍護樁深層水平位移、豎向位移，地表沉降，支撐軸力及建筑物沉降，根據(jù)觀測結果，采用裝配式鋼支撐支護方案基坑開挖完成后，支護樁深層水平位移最大值為25mm左右，豎向位移為8mm左右，地表沉降為28mm左右，支撐軸力最大值為2100kN左右，滿足變形控制要求，支撐軸力監(jiān)測變化曲線如圖7所示。

圖7 鋼支撐軸力變化曲線圖

5 結論

根據(jù)工程實施效果可以證明，裝配式鋼支撐在房建深基坑中具有較強的可實施性，主要結論如下：

①預應力型鋼裝配式組合內(nèi)支撐施工技術，支撐桿件受力明確，能將作用于圍檁上的水土壓力可靠地傳遞到對撐、角撐中，有效地控制了圍護體的側向變形，具有良好社會效益，與傳統(tǒng)的混凝土內(nèi)支撐相較，型鋼組合構件可根據(jù)基坑變形需要，隨時組裝，無須支模、養(yǎng)護、爆破拆除，明顯地縮短了基坑圍護結構的施工時間，型鋼結構定型材料可循環(huán)周轉(zhuǎn)，節(jié)約了圍護結構的投入，又具有良好的經(jīng)濟效益；

②裝配式鋼支撐能夠?qū)嵤└鶕?jù)應力監(jiān)測結果對預應力損失支撐進行補償，較好地實現(xiàn)了基坑信息化施工，且裝配式鋼支撐可做到隨撐隨挖，不需養(yǎng)護，拆卸后可重復利用，裝配率高，其施工較傳統(tǒng)混凝土支撐對場地的要求較小，是一種綠色支護技術，具有較好推廣應用前景。