鋼結構支撐在深基坑支護中的應用分析

黃嶺

（中鐵十二局集團華南工程有限公司，廣東 中山 528400）

深基坑支護是建筑施工中常見的一項工程，用于保障基坑在施工期間的穩定性和安全性。在深基坑支護中，鋼結構支撐作為一種常見的支護方式，由于其優良的性能和適用性，在工程實踐中得到了廣泛的應用。鋼結構支撐具有高強度、剛性好、施工周期短等特點，能夠有效地保障基坑的穩定性和安全性，同時具有良好的可重復利用性，對環境也沒有污染。然而，在實際應用中，鋼結構支撐在深基坑支護中仍然存在一些問題和挑戰。

因此，對鋼結構支撐在深基坑支護中的應用進行詳細的分析和研究，對于提高施工質量和效率具有重要的意義。

1 鋼結構支撐的分類與特點

1.1 鋼結構支撐的分類

鋼結構支撐作為一種常見的深基坑支護方式，根據其結構形式和功能特點，可分為桅桿支撐、橫撐支撐和斜撐支撐三類。

1.1.1 桅桿支撐

桅桿支撐是一種直立的鋼結構支撐形式，通過豎立的鋼管或鋼型材組成的桅桿，作為基坑支撐的主要承載構件。桅桿支撐常用于基坑邊界處或局部區域，通過桅桿的固定和連續排列，形成穩定的支撐體系。桅桿支撐具有安裝簡便、穩定性好等特點，在小型和中型基坑支護中應用廣泛。

1.1.2 橫撐支撐

橫撐支撐是利用鋼管或鋼型材制成的橫向支撐構件，將基坑的兩側墻體連接起來，形成整體的支撐結構。橫撐支撐通過對基坑兩側的墻體進行橫向約束，有效防止墻體的傾斜和變形，提高整體的穩定性。橫撐支撐適用于較大跨度的基坑和具有較高壓力的情況。

1.1.3 斜撐支撐

斜撐支撐采用斜向放置的鋼管或鋼索作為支撐構件，將基坑的側墻與底板或底梁連接起來。斜撐支撐通過斜向的約束作用，增強了基坑整體結構的穩定性和剛度。斜撐支撐適用于需要較高支撐剛度和抗傾斜能力的大型深基坑工程[1]。

1.2 鋼結構支撐的特點

1.2.1 高強度

鋼結構支撐由高強度的鋼材制成，具有出色的承載能力和抗變形能力。鋼材的高強度使得鋼結構支撐能夠承受較大的荷載和壓力，保證基坑的穩定性和安全性。

1.2.2 剛性好

鋼結構支撐具有較高的剛性和穩定性，能夠有效地抵抗外部荷載和變形力的作用。鋼材的剛性使得支撐結構在承受荷載時不易發生明顯的變形和變位，保持基坑的形狀和結構的穩定。

1.2.3 施工周期短

鋼結構支撐的制造和安裝相對簡便，施工速度快。相比于傳統的混凝土支撐結構，鋼結構支撐可以極大地縮短施工周期，提高施工效率。此外，鋼結構支撐還具有可重復利用的特點，可降低施工成本和資源浪費。

鋼結構支撐在深基坑支護中具有諸多優勢。然而，在實際應用中仍然存在一些問題和挑戰，需要進一步研究和改進，以提高鋼結構支撐在深基坑支護中的應用效果和施工質量。

2 鋼結構支撐在深基坑支護中的應用

2.1 基坑開挖階段

在基坑開挖階段，鋼結構支撐起到了支護和穩定基坑的作用。以下是鋼結構支撐在基坑開挖階段的三種應用方式。

2.1.1 預制支撐系統的應用

預制支撐系統是指將鋼結構支撐在開挖前提前制作好，并在開挖過程中進行安裝和調整。這種支撐系統常常由鋼板框架、鋼管樁和鋼板樁等構件組成。預制支撐系統具有支撐力強、剛性好、施工周期短等優點[2]。它可以根據基坑的不同形狀和尺寸進行定制，適應各種復雜的地質條件和工程要求。

2.1.2 鋼支撐與土工格柵結合的應用

土工格柵是一種由鋼材或聚合物材料制成的格狀結構，可以用于土體加固和支撐。在基坑開挖階段，鋼支撐與土工格柵結合應用可以提供更好的支護效果。鋼支撐提供了剛性的支撐力，而土工格柵則通過其柔性和抗拉強度，與周圍土體形成一個整體支撐體系。這種結合應用能夠有效地控制土體的位移和變形，提高基坑的穩定性和安全性。

2.1.3 鋼支撐與錨固技術結合的應用

在一些復雜的地質條件下，僅僅依靠鋼支撐的剛性可能無法滿足支護的要求。此時，可以將鋼支撐與錨固技術結合應用。錨固技術可以通過在周圍土體中埋設錨桿或錨索，并與鋼支撐連接，形成一個穩定的支護系統。錨固技術可以增加鋼支撐的抗拉能力和整體剛度，提高基坑的穩定性，特別適用于土質松軟或水位較高的地區。

2.2 基坑開挖后期

在基坑開挖后期，鋼結構支撐的應用重點轉移到了基坑內部結構的加固和穩定。

2.2.1 鋼支撐與混凝土結構體的組合應用

在基坑開挖后期，可以將鋼支撐與混凝土結構體相結合，形成一種混合支撐體系。鋼支撐提供了臨時的支撐，而混凝土結構體則提供了永久的支撐和剛性。通過鋼支撐與混凝土結構體的組合應用，可以提高基坑的整體穩定性和承載能力，適用于大型基坑和需要長期支撐的工程[3]。

2.2.2 鋼支撐與土體改良技術結合的應用

在基坑開挖后期，如果土體的穩定性較差，可以采用土體改良技術來提高土體的強度和穩定性。鋼支撐與土體改良技術（如土釘墻、土石梁等）結合應用可以形成一種綜合支護體系。鋼支撐提供臨時的支撐，在土體改良技術的輔助下，可以加固土體并保證基坑的穩定性。

2.2.3 鋼支撐與土釘技術結合的應用

土釘技術是一種通過在土體中鉆孔并注入鋼筋混凝土或聚合物材料的方法，提高土體的抗拉強度和整體穩定性。鋼支撐與土釘技術結合應用可以形成一種強化支撐體系。鋼支撐提供臨時的支撐，土釘技術通過加固土體，形成一個整體的支護體系，這種結合應用可以提高基坑的整體穩定性和抗傾斜能力。

2.3 基坑支護的效果評估

2.3.1 監測手段和方法

基坑支護的監測通常包括測量位移、應力和變形等參數。常用的監測手段和方法包括測斜儀、水平儀、全站儀、應變計等。通過這些監測手段和方法，可以及時獲取基坑支護體系的變化情況，為工程管理和控制提供數據支持。

2.3.2 支護效果的評價指標

評價基坑支護效果的指標包括支撐結構的變形量、基坑邊界的位移、土體的應力狀態等。通過對這些指標的監測和分析，可以評估支護結構的剛度、穩定性和安全性，判斷支護效果是否達到設計要求[4]。

2.3.3 實際工程案例分析

通過對實際工程案例的分析，可以驗證鋼結構支撐在深基坑支護中的應用效果。實際工程案例的分析可以包括支護結構的設計方案、施工過程的監測記錄和支護效果的評估等內容。這些分析可以為今后的工程實踐提供經驗和借鑒。

3 鋼結構支撐在基坑工程中的優勢和存在的問題

3.1 優勢

3.1.1 高度可靠性

鋼結構支撐由高強度的鋼材制成，具有出色的承載能力和抗變形能力。鋼材的材料特性使得鋼結構支撐在承受荷載和土壓力時表現出較高的穩定性和可靠性。相比之下，傳統的木材或混凝土支撐結構可能存在承載能力不足或易發生破損的問題。因此，鋼結構支撐在基坑工程中被廣泛應用，并受到工程師和施工人員的青睞。

3.1.2 施工周期短

鋼結構支撐的制造和安裝相對簡便，施工速度快。鋼材可以通過工廠預制，在施工現場快速安裝，極大地縮短了施工周期。相比之下，傳統的混凝土支撐結構需要現場澆筑和養護，需要較長的時間來完成[5]。在項目時間緊迫和工期限制的情況下，鋼結構支撐能夠有效提高施工效率，減少項目延誤的情況發生。

3.1.3 可重復利用性

鋼結構支撐具有較高的可重復利用性。一旦一個基坑工程完成，鋼結構支撐可以被拆除并進行檢修和清潔，然后用于其他基坑工程。這種可重復利用性可以降低項目的成本，減少資源浪費，對環境友好。與此相比，傳統的混凝土支撐結構通常需要拆除和重新建造，造成更多的成本浪費。

3.2 存在的問題

3.2.1 剛性差異問題

不同類型的鋼結構支撐具有不同的剛性特征。在實際工程中，可能需要根據不同的土質條件和荷載要求選擇不同類型的鋼結構支撐。然而，由于剛性差異，如果選擇不當或不合理的鋼結構支撐，可能會導致基坑支護體系的剛性不匹配，進而影響基坑的穩定性。因此，在選擇和設計鋼結構支撐時，需要進行充分的土質調查和工程計算，確保選擇合適的剛性特征。

3.2.2 破壞性問題

在基坑開挖過程中，鋼結構支撐可能受到較大的荷載和土壓力作用，可能會發生破壞。這種破壞可能包括鋼材的彎曲、變形或斷裂，進而影響基坑的穩定性。因此，需要對鋼結構支撐的強度和穩定性進行充分的評估，并采取相應的措施來防止破壞的發生，例如增加支撐的數量和密度，使用更高強度的鋼材等。

3.2.3 施工技術難題

鋼結構支撐的安裝和拆除需要一定的施工技術，包括起吊、連接、固定等操作。在一些特殊的基坑工程中，可能存在施工空間狹小、土質條件惡劣、施工環境復雜等問題，對施工技術提出了更高的要求。因此，施工人員需要具備專業的技術知識和經驗，以應對各種復雜的施工情況，并確保鋼結構支撐的安全和穩定。

鋼結構支撐在基坑工程中具有高度可靠性、施工周期短和可重復利用性等優勢。然而，仍然需要解決剛性差異問題、破壞性問題和施工技術等存在的問題。通過加強研究和實踐，不斷改進鋼結構支撐的設計和施工技術，可以進一步提高基坑工程的質量和效率。

4 未來發展趨勢

4.1 研發新型鋼結構支撐材料

隨著科技的進步和材料科學的發展，研發新型的鋼結構支撐材料將成為未來的一個重要方向。新型材料可以具有更高的強度和剛性，同時具備更好的耐腐蝕性能和抗疲勞性能。例如，高強度鋼材、耐腐蝕鋼材和復合材料等都是研發的方向。這些新型材料的應用可以進一步提升鋼結構支撐的承載能力和使用壽命，從而提高基坑支護體系的安全性和穩定性。

4.2 優化設計方法和施工工藝

鋼結構支撐的設計方法和施工工藝也是未來的發展方向。通過優化設計方法，可以更精確地計算和預測鋼結構支撐在不同土質條件和荷載情況下的性能。同時，結合現代信息技術，如計算機輔助設計（CAD）、數值模擬和虛擬現實等，可以提高設計的精度和效率。在施工工藝方面，通過引入先進的施工設備和技術，如自動化施工設備和無人機監測等，可以提高施工效率和質量，減少人為錯誤和施工風險。

4.3 發展智能化監測與控制技術

隨著智能化技術的快速發展，智能化監測與控制技術在鋼結構支撐中的應用日益重要。通過傳感器和監測設備，可以實時監測鋼結構支撐的變形、應力和荷載情況，提前預測潛在的安全風險。同時，通過智能化控制系統，可以對鋼結構支撐進行實時調整和優化，提高基坑支護體系的穩定性和安全性。這些智能化監測與控制技術的發展將為基坑工程的管理和運維提供更高效、精確的手段。

未來鋼結構支撐在深基坑支護中的發展趨勢將集中在研發新型鋼結構支撐材料、優化設計方法和施工工藝，以及發展智能化監測與控制技術。這些發展趨勢將不斷提升鋼結構支撐的性能和效益，進一步推動基坑工程的發展和進步。隨著科技的不斷突破和應用，可以期待鋼結構支撐在深基坑支護中發揮更重要的作用，為城市建設和工程建設提供更安全、高效的解決方案。

5 結語

本文對鋼結構支撐在深基坑支護中的應用進行了全面的分析和探討。通過對相關文獻的綜合研究，發現鋼結構支撐在深基坑支護中具有諸多優勢，如高強度、剛性佳和施工周期短等。然而，在實際應用中仍然存在一些問題和挑戰。因此，今后的研究應重點關注新型材料的研發、設計方法和施工工藝的優化，以及智能化監測與控制技術的發展，以進一步提高鋼結構支撐在深基坑支護中的應用效果和施工質量。