四拼新型H型鋼支撐的效果分析

中國建筑第八工程局有限公司工程研究院，上海 200122

基坑工程常采用鋼筋混凝土支撐，但拆除后會形成建筑垃圾，雖然有部分企業嘗試將其資源再利用，但是效率不高、成本較大，建筑垃圾的產生量遠大于其再利用量。同時，混凝土支撐在拆除的過程中會產生噪聲、振動和粉塵污染等問題，常遭到工程項目周邊居民的投訴。在基坑工程領域，由于鋼支撐具有可重復利用、工期短等特點，漸漸得到廣泛應用，新型H型鋼支撐便是其中一類。目前，新型H型鋼支撐的國內應用主要以雙拼新型H型鋼支撐為主，一般每組支撐中心間距在15m左右，可以滿足大部分基坑工程的施工要求，且工期、造價等各方面均具有較好的效益。但是，對于一些施工空間要求較大的工程，雙拼新型H型鋼支撐較難滿足要求，這類基坑大部分仍采用混凝土支撐進行施工。為了滿足這部分基坑的需求，選用大間距的新型H型鋼支撐的設計方案后，還能否保持原有雙拼新型H型鋼支撐的效益優勢，需要開展進一步的應用研究。

1 工程概況

鄭州某項目基坑平面形狀類似矩形，長約248m，寬約84m，為地下三層的停車庫。基坑四周為臨時道路，除了西側臨時道路的另一側為荒地，其他臨時道路另一側均為同時施工的其他基坑，各基坑邊與該項目基坑上邊線間距為26～34m。北側、東側臨時道路下為已建成地下通道，南側臨時道路下為運營中的地鐵區間隧道，隧道外沿距基坑上邊線最近約11m。結合地下一層結構情況，基坑南側頂部采用1∶0.8放坡開挖2m后設置1000@1200mm長14.45m灌注樁，灌注樁北側16m處設置長34.5m、厚800mm的地下連續墻作為地下二三層基坑的圍護，灌注樁頂與地下連續墻頂標高相差4.55m，如圖1所示。其他三邊均采用直接放坡到地下連續墻頂，再由長34.5m、厚800mm的地下連續墻作為第二、三層基坑的圍護。地下連續墻范圍內開挖深度為10.6m。勘察期間地下水埋深8m，土層參數如表1所示。

圖1 基坑南側剖面圖（單位：mm）

表1 土層參數

2 支撐方案

（1）原支撐方案。原設計采用地下連續墻+一道混凝土支撐的方案，由4組雙拼的混凝土對撐和4組角撐組成，對撐間中心距為48m，凈間距為40m。主撐采用1200mm×800mm尺寸，其他連桿均采用1000mm×800mm。

（2）鋼支撐方案。從保護南側臨近地鐵區間線路出發，盡量縮短基坑暴露時間，提高主動控制周邊環境變形的能力，將原本的混凝土支撐變更為新型H型鋼支撐。為盡量保證大空間施工，經過對雙拼、三拼和四拼的新型H型鋼支撐的布置、受力和變形分析后發現，四拼支撐可較好地兼顧凈距、受力和變形的控制。最終選用6組四拼對撐+4角部雙拼角撐的支撐方案，型鋼型號為H400mm×400mm×13mm×21mm，如圖2所示。

（3）施工順序。基坑南部兩個角均為直角，可從任意邊開始施工，兼顧對撐的施工順序，最終按由南向西的施工順序進行，并將千斤頂設置于南端。由于北側兩個角北邊傾斜，因此從西側和東側分別向北側進行施工，千斤頂設置于西端、東端。拼裝前應對每根支撐的安裝位置進行測量放線，并與支撐設計長度進行比較，確認無誤后按設計方案中給定的千斤頂預頂行程設置千斤頂。待支撐安裝完畢后，支撐與圍檁間較小間隙用要求強度的細石混凝土填實。

3 效果分析

為分析四拼新型H型鋼的應用效果，對其各方面與雙拼型鋼的效果進行對比分析。

（1）軸力檢測結果。施加預加軸力前，在從西往東的第二組對稱上，每根支撐的腹板處安裝了振弦式傳感器，以監測支撐軸力情況。軸力監測結果如圖3所示，根據監測結果可發現，第一次預加軸力施加超過24h后，軸力損失約為30%～50%，進行軸力補償后，軸力基本不再損失，可保持穩定，表明軸力補償過程是很有必要的，與雙拼新型H型鋼支撐的實踐經驗相符。隨著支撐臨近區域基坑開挖，軸力不斷上升，最終穩定在一個區間，對撐軸力監測結果偏大，這是由于施加預加軸力在4月，開挖完成結果為6月，氣溫有較大提升，從而對支撐軸力產生影響。外側支撐軸力損失小于中部支撐，這是因為外部支撐直接與八字撐相連，受其傳力影響，軸力損失較小。外側支撐軸力略大于中部支撐軸力，同樣是因為八字撐影響，承受了各組支撐間的土壓力，同時每組鋼支撐內部受到自身變形協調影響后，導致出現外側支撐略大于中部支撐的情況。

圖3 對撐軸力監測圖（單位：cm）

通過監測結果發現，四拼新型H型鋼支撐的設計方案中，每組四根支撐的軸力基本相等，保證了同組支撐受力的均勻性，避免了支撐間連桿受剪，從而保證了體系的受力安全。這表明四拼支撐可以像雙拼支撐一樣，保證體系的受力合理，可成功應用于類似的基坑工程中。

（2）施工空間。大部分雙拼支撐的間距一般為12～15m，凈間距為10～12m。四拼支撐的水平中心間距為29m，凈間距為19m。四拼支撐實現了大凈距的支撐布置，為多機械同時施工提供了作業面。

（3）社會效益。原設計方案需用約2400m3的混凝土，四拼新型H型鋼支撐的用鋼量為1164t，與雙拼新型H型鋼支撐相同，1t用鋼量可節省2～3m3的混凝土，即使用四拼新型H型鋼支撐減少了至少2400m3的建筑垃圾排放，具有顯著的社會效益。

（4）工期和成本。根據項目的測算，與原方案相比最終節省工期3個月，節省成本約13.6%，與雙拼新型H型鋼支撐的效果相近。

4 結論

通過四拼新型H型鋼支撐的工程應用效果分析可以得出以下結論：

（1）四拼新型H型鋼支撐受力均勻合理，適合用作基坑工程的內支撐。

（2）四拼新型H型鋼支撐可實現大間距和大凈距的要求，可滿足工程項目對施工空間的特殊需求。

（3）四拼新型H型鋼支撐具有與雙拼新型H型鋼支撐相同的社會、工期和成本效益，可大幅度減少基坑工程產生的建筑垃圾、縮短工期和降低成本。