探究鋼支撐在深基坑支護應用中的關鍵技術

許 飛

近年來我國地下工程建設的數量正在逐漸增加，常常在施工過程中會遇到深厚基礎的地下結構以及復雜地質條件等特殊情況，這些特殊的地理位置將會給工程建設增加一定的難度，且在此過程中也會出現于基礎開挖和支撐工作有關的巖土工程問題。由于各巖土層結構的變化具有較大的復雜性，且在施工過程中如果不完善方案設計以及管理工作將會造成一定的安全事故，從而給施工單位以及周邊居民帶來巨大的經濟損失，也給社會產生不利的影響，因此對深基坑的支護技術進一步進行研究，已經成為目前工程學領域的一個熱點，也是建筑行業目前比較關注的問題。

1 深基坑開挖對周圍環境的影響

在進行深基坑開挖之前，一定要詳細查明實際施工區域內部的地上地下障礙物，且對附近的障礙物進行拆除，在基坑管溝內的管線進行清理通過改裝或加固等方案進行處理以后才能開始工作。為了進一步滿足相關施工技術要求，保證基坑開挖工作的穩定性與安全性，可以通過相應的支撐件進一步平衡活動土承載的壓力。根據所給定的水準點以及控制坐標，按照建筑物設計過程中的總平面要求，可以進行現場的引測，在工程的具體施工區域設置相應的測量控制網，測量控制網主要有控制基線、水平基準點以及軸線組成，通過軸線進一步控制測量工作，以便進行校核。夜間施工過程中也要設置足夠的照明設備，在一些危險的開挖地段也要設置比較明顯的標志，通過合理的安排開挖順序，防止在施工過程中出現錯挖以及超挖的現象。施工機械運入現場時經過的道路和橋梁一定要進行檢查，卸載設備也要提前準備并檢查，根據設備大小做好相應的加固以及加寬等準備工作。在一些工作區域內無法使用大型機械開展工作，可以采用人工開展邊坡坡度的修整以及清理槽底等工作內容。當開挖的深度達到一定要求且遇到地下水時，可以根據工程的實際地質資料采取一定的措施降低地下水位，一般開挖至地面以下0.5m以后才能實施土方開挖，嚴格做好施工現場的防洪排水措施，進一步全面規劃場地內部的所有區域，對平整的部分標高，保證在實際施工過程中整個場地保持排水通暢，不會產生積水的現象，場地周圍也需要設置必要的排水溝以及節水溝，保證在施工過程中地下水不會影響到施工進展。

2 內支撐系統簡介

使用內支撐系統應用在深基坑工程過程中，主要有內支撐、豎向支撐以及維護體三大部分構成，豎向支撐和內支撐兩個部分共稱為內支撐系統。內支撐是基坑開挖工作中平衡基坑內外兩側壓力差的一個重要體系，通過往年的大量深基坑工作實踐總結，最終發現了內支撐具有許多形式常用的內支撐，根據使用材料不同可以劃分為鋼支撐鋼筋混凝土支撐以及鋼與鋼筋混凝土組合支撐等形式；而根據空間布置的差異，又可以將內置稱分為單層或多層平面支撐以及豎向斜支撐體系。內支撐系統中的豎向支撐主要是由立柱樁以及鋼立柱結合進行一體化施工所形成的支撐系統，在應用過程中主要作為內支撐豎向承重結構，換句話來說就是保證內支撐結構的縱向穩定性，從而進一步提高內支撐體系的空間高度，常用的鋼立柱形式主要由角鋼格構柱、鋼管混凝土柱以及H型鋼柱等。

鋼支撐首先要在廠家采用鋼管或型鋼進行預制，然后運送到施工現場，使用焊接或螺栓的方式進行連接拼裝。鋼支撐適用于十字正交布置以及角稱結合對稱等一些縱向垂直切比較簡潔的平面布置形式，一般情況下鋼支撐只能承受壓力而不能承受拉力，因此為了防止在施工現場出現踢腳現象，不應該將鋼支撐作為深基坑的第1道支撐。相比之下，鋼筋混凝土支撐具有一定的支撐作用，因此在下層土方開挖過程中，可以采用千斤頂進一步施加軸力，從而調整維護結構，防止發生變形。在等寬度的渠溝或地鐵基坑進行開挖過程中，可以將鋼筋混凝土支撐做成重復使用的工具，此外鋼支撐在拆除過程中也比較綠色環保。

3 鋼支撐在基坑支護中應用的優勢和劣勢

鋼支架具有直接平衡壓力的優點且結構簡單，在加工過程中具有較高的柔韌性和安全性，在使用過程中可以有效控制基坑的形變，適用于不同的土層以及深基坑，特別是在一些基坑較大且開挖較深的腐雜工程中可以使用，尤其是在遇到松散土壤開挖區域中，也可以使用鋼支架達到良好的效果，但是該方法在基坑內部不利于使用大型機械進行開挖工作，而且施工的周期較長。

4 深基坑鋼支撐的基本技術措施

4.1 邊坡邊緣支撐

當坡道路面的強度較低時，路面的土層可以采用碎石或渣土進行適當的增厚，挖土機械占領的土層要處于飽和的狀態，因此在填注過程中也可以適當的采用碎石或渣土增加厚度，以免在施工過程中出現機械塌陷的問題。根據土方以及基礎工程的規模，考慮到工期的長短以及現場施工人員的具體安排，需要同時在現場設置相應的供水供電以及供壓縮空氣的管線路，并在現場要進行試水試氣以及試電工作。基坑邊緣放置相應的土方和建筑材料，也可以在挖方邊緣通過移動運輸工具以及機械進行材料的傳送，一般距離設置為大于基坑上部邊緣兩米處，棄土堆的高度不能超過1.5m。重物距離邊坡的長度：汽車要大于三米，起重機大于4m。

4.2 鋼圍檁施工中的關鍵技術措施

根據施工前的設計方案圖紙布置施工現場的間距，在排樁面確定具體的支撐點位，以樁柱的中心作為水平線基準，在樁柱周邊的位置中準確畫出支撐腿，在螺栓點位上通過使用手持電鉆在排磚的上部進行打孔，從而打入膨脹螺栓，安裝相應的托架，安裝好之后要將地面上的鋼圍檁進行吊裝。圍護結構的設置就是在每根樁上安裝一個腳托鋼架，需要注意的是，設置了支撐鋼結構的樁柱上需要安裝兩個腳托鋼架以增強穩定性，當鋼結構設置成連續墻時，相應的腳鋼托架可以根據設計間距進行安裝，但是設有鋼支撐結構的樁體上需要增加托架提高結構強度。

一般設計過程中常用的鋼為鋼維領常用兩根I45B，工字鋼材料使用鋼板焊接方式形成，在貼向維護狀的一側使用工字鋼和長鋼板進行焊接。在實際施工過程中，可以進一步簡化鋼板的焊接工作，只需要在每隔500mm的位置上，進行工字鋼的焊接鋼尾擰合裝間之間產生的空隙，需要使用細石混凝土進行填充密封，確保圍領各個部位受力均勻，在安裝了鋼支撐的部位處需要進行強度加固處理，通過上下兩面和工字鋼內部增加20mm厚的鋼板焊接方式，進一步加強主要受力處的工字鋼強度。

4.3 鋼支撐端頭的模式及關鍵技術措施

鋼支撐端頭根據其用途可以分為活動端以及固定端。活動端一般采用20mm厚的鋼板焊接在支撐端頭，并將支撐端頭連接在圍檁托盤上形成的，而固定端就是將鋼板設置在施加預應力的一端。一種是在施家預應力之后，使用活動契子進行固定，而另外一種就是采用工字鋼進行焊接處理，再施加完預應力之后，直接在鋼圍檁托盤上進行焊接。

使用活動契子固定的端頭質量會顯著增加，從而比較笨重，但這個固定方法操作簡便，在深基坑具體施工過程中使用時卻并不方便。在控制連接長度的過程中，鋼支撐的連接長度還受到許多因素的限制，因此可以通過切割或增加支撐鋼管的方式打破這些限制。將工字鋼直接焊接到鋼圍檁托盤上的固定方法是比較簡化的端頭固定方式，這種方法在變化鋼支撐長度以及加工過程中具有一定的優勢，且質量較輕，安裝也比較方便。

4.4 鋼支撐的連接模式

在鋼管的接頭上需要采用焊接的方式連接法蘭盤接頭，首先將鋼管壁面切割成45°的斜角，這樣可以保證法蘭盤滿焊，從而達到相關規定的質量標準。在焊接法蘭盤工作之前，一定要采用水平尺測定鋼結構的平整度，法蘭盤焊接完之后也需要進一步焊接加勁肋板。加勁肋板就是20mm厚的三角鋼板，這個結構將鋼支撐和法蘭盤連接成一個整體，兩節鋼支撐結構的連接可以使用螺栓將其固定在法蘭盤上，要注意的是螺栓上需要使用彈簧墊圈。連接成功后要注意仔細檢查鋼支撐的軸心是否處于直順狀態，如果檢查發現出現不直順的問題，可以通過在法蘭盤處添加不同厚度的薄鋼板片的方法進行調整。如果有條件，可以通過使用整根鋼管連接的方式進行支撐，為了進一步保證鋼管的撓度變形，一般可以采用在每隔3m～4m在鋼管上焊接一道夾近環的方式，進一步確保鋼支撐結構的穩定性。

在小型基坑的開挖過程中，由于基坑跨度較小，如果吊裝方便，可以采用盡量較長的鋼支撐這樣可以減少相應的加工量以及連接點。在大型的基坑開挖工作中，由于基坑跨度可以高達上百米，因此鋼支撐安裝比較不方便，無法使用大型的吊裝設備進行工作，可以減少每節支撐的長度，通過多節拼裝的方法完成，但是要注意結束不能太多，否則會影響鋼支撐的穩定性，具體的結束需要在前期的設計過程中進行精準計算。

4.5 鋼支撐軸力計安裝

支撐架設置中需要安裝相應的監測儀器，通過監測支撐的實際受力情況，從而分析維護結構在使用過程中的受力狀況。支撐中安裝監測儀器的方式比較方便，也比較直接，就安裝時需要注意線路的長度，以方便在使用過程中進行測量，同時也需要注意軸力計的壓力，頭伸出的長度一定要滿足，在使用過程中受壓后的收縮量，伸出長度如果過短將會影響軸力計的效用。

4.6 施加預應力的控制

液壓機和千斤頂等機械設備進入施工現場后，一定要對所有的設備進行仔細的檢驗與查收卻保運進場內設備的安全性與可靠性。壓力表也要具有相關計量部門進行標定后出具的檢測合格證明。鋼支撐施加預應力工作之前，需要通過計算得出壓力表的施壓數據，才能進一步展開試壓工作。

施壓之前一定要仔細檢查壓力表和千斤頂是否有故障，從而保證千斤頂在使用過程中進出油管連線正確以及連接到相應的壓力表上，嚴禁在使用過程中出現千斤頂與壓力表不一致的前提下就進行施壓，千斤頂的擺放位置需要和鋼管管壁軸線形對稱，并且要保證在使用過程中千斤頂水平受力。

施壓過程中要注意工作人員一定要避開面向千斤頂正面，并且需要派遣專門的負責人員觀察受壓部件的具體受力情況，一旦發現有任何異常現象，一定要立即停止施壓，通過檢查判定受壓部件的實際受損情況之后，應立即卸載以及更換相應的受損部件。

當壓力達到相應要求之后，要及時打入活動契子或鋼板，不能在打入過程中出現空隙，這樣才能夠方便后期的卸載和焊接。在此過程中要求雙面焊接的地方一定要仔細檢查，不得出現漏焊的地方，施壓過后的鋼管連接處要保證法蘭盤螺栓會緊密地聯系在一起，因此需要工作人員進行全面檢查，確保鋼支撐結構與法蘭盤連接牢固。與此同時，可以采用在鋼支撐兩端的托盤上焊接限位鋼板的方式進一步起到保護鋼支撐的作用，防止在實際施工過程中鋼支撐由于受到碰撞而出現偏轉或脫落的問題。

4.7 施工要點及變形

為了保證圍護結構的質量達到相應工程的標準，需要注意鋼板磚要采用篩子和階梯式結構，在大約30cm～40cm處的位置打入鋼板樁內。土方工程需要合理的劃分區域和層次，結合鋼支撐的參數進行不同區域和層次的緊密配合。首先在鋼板樁的附近土壤進行開挖工作后的一天內安裝支架，接著進行預應力的施加工作。需要嚴格控制降水量的增長，以保證在施工現場的水位持續在最佳狀態，在基坑開挖過程中，金屬板樁的最大形變一定要控制在開挖深度的6%左右，也就是最大形變范圍為5cm～6cm，支架的最大軸向力為4300kN，接近理論中的最大軸向力4000kN。基坑周圍的道路管線以及周邊的住宅建筑物的沉降以及位移一定要控制在工程施工的允許范圍之內。

5 深基坑支撐技術的發展趨勢

5.1 改變傳統靜態設計觀念

設計深基坑支護結構的過程，國內外仍然沒有任何一種精確的計算方法可以采用，而我國目前也沒有統一的支護結構設計標準，因此深基坑支護結構的前期設計工作仍然是使用傳統的結構荷載法，而該方法的計算結果和施工過程中的升級跟支護結構的受力具有較大的差異，既影響了工程的安全性，也降低了經濟效益。國內外的巖土工作人員一定要充分探討并建立動態設計體系，通過加強改變傳統靜態設計的觀念，進一步著手從事動態設計體系方面的研究。

5.2 優化深基坑支護結構方案

深基坑支護結構在進行設計時會與實際施工現場的上部結構產生較大的差異，此外地基土的類型也會有所不同，因此一定要注意觀察地下水位的高低，充分了解該地區土物理力學等各項性質，以及掌握周邊的地質、環境以及氣候等條件，從而選擇合理的支護結構類型。在深基坑工程開展過程中，支護結構方案的合理選擇非常重要，通過選擇科學合理的支護結構類型，保證施工過程中的安全性進一步縮短工期，從而給相關的單位和部門帶來可觀的經濟效益與社會效益，反之，如果選擇了不合理的方案，及時是具有較高的造假，也不一定能保證施工現場的安全。

5.3 發展信息監測與信息化施工技術

深基坑工程力學參數具有不確定性且在實際施工過程中有較大的不可預見性，這一些都使得基坑工程設計工作以及實際施工過程中將會出現與實際的地層條件具有較大差異的問題，因此在施工過程中需要通過加大監測信息反饋和力度工作進行矯正。深基坑工程監測將是基坑工程，在具體施工過程中的一個關鍵環節，通過組織良好的監測工作，可以進一步掌握施工過程中各個方面的全面信息，及時反饋給基坑開挖的工作人員，并根據數據預測以及判定本次施工會對周圍環境所造成的影響程度，對深基坑工程維護體系的形變以及實際的穩定狀態進行合理的評價，進一步預測在挖土施工過程中會出現的形變以及穩定狀態的實際發展，從而有效的制定下一步施工策略，實現施工過程信息化發展。

6 結論

本文對深基坑支護的內支撐系統進行了分析，重點從幾個方面對實際施工過程中的深基坑支撐體系進行了介紹，并指出了鋼支撐體系在具體施工過程中不同環節的關鍵技術措施進一步為后續的其他工程施工提供參考依據，促進深基坑支撐技術未來的發展。

深基坑內支撐技術是深基坑支護工程中的一項復雜技術，由于受到了狀態多變，結構形式多種多樣，以及地質條件復雜等因素的限制，構成了深基坑內支撐技術的特殊性，也給深基坑工程領域帶來了一定的難題。在進行設計以及實際施工過程中一定要圍繞著工程的安全性和可靠性展開，先進的深基坑支護技術也是我國未來很長一段時間內深基坑工程應用發展的必然趨勢，希望隨著我國科學技術的飛速發展，通過廣大建筑研究學者的不懈努力，可以進一步促進深基坑內支撐支護技術的先進性發展，并在未來得到更加廣泛的應用。