魚腹梁式鋼支撐在基坑工程中的應用情況

連秀艷 張靖超

(1.上海強勁地基工程股份有限公司，上海 200233;2.天津華興勘察設計有限公司，天津 300241)

0 引言

圍護結構的設計，不僅關系到基坑開挖及周邊保護建(構)筑物的安全，而且直接影響著土方開挖以及地下結構施工等施工成本。鑒于環保經濟的要求，最近幾年有一種新型的支護方式——魚腹梁式鋼支撐，為基坑土方開挖提供開闊的空間，并且安裝拆除方便，可以回收利用等，以其獨特的優點逐漸替代傳統的混凝土支撐。以湖州某基坑為實例，分析魚腹梁式鋼支撐在基坑工程中的應用。

1 魚腹梁鋼支撐

1.1 魚腹梁鋼支撐組成構件

通過對魚腹梁弦上的鋼絞線施加預應力，形成了大跨度的圍檁結構，經與角撐、對撐和三角形連接點組合，形成一個平面預應力支撐系統。它由魚腹梁圍檁、鋼絞線、三角形接點、預壓頂緊裝置、角撐、對撐、立柱、牛腿等部件組成。

1.2 魚腹梁鋼支撐的優點

1)魚腹梁鋼支撐的型鋼構件之間全部采用螺栓連接，支撐的安裝和拆除都很方便，噪聲低、對環境影響較小，而且大部分型鋼構件都可在拆除后重復利用，大大降低工程成本。

2)裝配式支撐與排樁形成共同空間受力體系，施工操作面大，便于土方開挖。

3)裝配式鋼支撐施加預應力，有利于控制變形，而且預應力裝配式支撐圍護結構的破壞模式為延性破壞。因此在基坑開挖時能夠確保充分的時間針對可能發生的過大土壓或異常土壓采取有效而及時的措施。

2 工程實例

2.1 工程概況

該工程建筑物主要包括1幢10層和1幢25層樓房，項目總建筑面積42 099m2。設1層地下室，基坑長約150m，寬約45m，周長約383 m，面積約6 525 m2，基坑開挖深度為7.50 m ～7.90 m。

2.2 工程地質條件

擬建場地位于湖州經濟技術開發區西南分區，從地貌上看為沖洪積平原，地形較平坦。交通便利，周邊環境條件良好。

根據勘察報告，基坑影響范圍內的各土層的物理性指標如表1所示。

根據勘察報告，基坑影響范圍內地下水主要為上層滯水及孔隙潛水，地下水位高程在1.68 m～2.66 m之間，地下水主要接受大氣降水補給，水位隨季節、氣候變化而變化，地下水的年變化幅度在0.50 m ～1.50 m之間。

表1 巖土的物理力學性質指標

2.3 基坑圍護形式

2.3.1 基坑豎向圍護

采用φ850@600SMW工法樁，內插H700×300×13×24型鋼，型鋼間距1.2 m(插一隔一的形式)，插入坑底以下5.5 m。

2.3.2 基坑水平支撐

基坑內支撐采用魚腹梁結合對撐、角撐的形式，為土方開挖提供可開闊的空間。

2.4 基坑土壓力計算

2.4.1 計算條件和內容

土的C，φ值均采用勘察報告提供的指標，土層參數詳見表1。圍護墻變形、內力計算和各項穩定驗算采用同濟啟明星深基坑支護分析與計算軟件FRWS7.2進行計算。計算內容主要有:整體穩定性驗算;坑底、墻底抗隆起驗算;抗傾覆(踢腳)驗算;圍護結構變形與內力計算;抗滲流計算。

地面超載按實際情況考慮，周邊無建筑物或場堆處，取20 kPa，地下水位按地表下0.5 m。

2.4.2 計算結果

基坑剖面計算結果見圖1，表2。

圖1 基坑剖面軟件計算結果

表2 基坑剖面計算結果

2.4.3 結果分析

1)根據表2中的計算結果，結合浙江省標準DB33/T 1008-2000建筑基坑工程技術規程，本基坑剖面計算滿足規范要求。

2)豎向圍護的最大彎矩在坑底以上約1.5 m處，彎矩標準值為485 kN·m，型鋼H700×300×12×14，采取插一隔一的形式，間距為1.2 m。

2.5 魚腹梁構件計算

整個基坑的穩定是依靠整個支撐體系的穩定，整個支撐體系的穩定關系到每個構件的強度及穩定性。以37 m長魚腹梁圍檁的強度及穩定性為例進行驗算。

2.5.1 強度驗算

2.5.2 穩定性驗算

其中，N為所計算構件段范圍內的軸心壓力;N′Ex為參數，N′Ex=π2EA/(1.1λ2

x);φx為彎矩作用平面內的軸心受壓構件穩定系數;Mx為所計算構件范圍內的最大彎矩;WLX為在彎矩作用平面內對較大受壓纖維的毛截面模量;βmx，βty均為等效彎矩系數。

2.5.3 計算結果分析

通過對構件的強度及穩定性驗算，支撐內部的各構件的強度及穩定性是滿足規范要求，滿足基坑安全需要的。

2.6 支撐體系整體計算

2.6.1 計算軟件及計算結果

本工程整體計算采用MIDAS/GTS4.0軟件，計算結果如圖2所示。

圖2 基坑支撐體系整體計算結果

2.6.2 計算結果分析

1)整體計算最大位移為28.57 mm，滿足規范要求。

2)本基坑根據整體計算內力，配置型鋼圍檁，通過計算需兩根H400×400×13×24的型鋼。計算如下:

計算結果表明，圍檁的組合應力滿足規范要求。

2.7 監測結果

為確保支護結構的安全，有效的控制水平位移，在基坑施工及使用期間對基坑支護結構進行了水平位移監測。監測曲線圖如圖3所示。

圖3 水平位移監測結果

從圖3中看出，基坑深度范圍內最大水平位移發生在坑底附近，與圖1剖面計算結果中位移包絡圖接近，且監測水平位移滿足規范要求，體現了魚腹梁內支撐通過控制位移，保證了基坑的安全。

3 結語

1)魚腹梁式鋼支撐在基坑圍護中的利用，體現了綠色環保經濟的要求。

2)魚腹梁式鋼支撐構件的強度和穩定性驗算，以及整個體系的整體計算，均能滿足規范要求，保證基坑開挖的安全性。

3)基坑監測數據表明，基坑的水平位移在規范允許范圍之內，達到了魚腹梁通過施加預應力控制位移的效果。

4)基坑開挖過程中，開闊的開挖空間，極大的方便了土方的挖運，在預計工期之前完成了土方的挖運工作。

［1］DB33/T 1008-2000，建筑基坑工程技術規程［S］.

［2］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［3］GB 50497-2009，建筑基坑工程監測技術規范［S］.

［4］《工程地質手冊》編寫組.工程地質手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［5］龔曉南.深基坑工程設計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1998.

［6］楊俊偉.深基坑工程中的變形問題研究［M］.南京:東南大學出版社，1999.