關于鋼支撐預加軸力值的討論

文/崔建波 邱宇 張春輝（中國兵器工業北方勘察設計研究院有限公司；河北省地下空間巖土工程技術創新中心）

城市化進程的加劇，基本建設進行的如火如荼，建筑行業在其一中占有重要位置，事關安全、經濟、民生的基坑工程也越發引起公眾注意，大到國家影劇院、廣州塔，小到頂管的接收井，基坑工程伴隨著建筑施工而進行，是建筑施工重要構成部分，他的安全直接影響著建筑工程的安全。因此，基坑工程的支護手段眾多，各有優劣，而在地鐵工程中，內支撐支護結構應用最為普遍，其中鋼支撐結構可循環再利用，拆卸安裝簡便、性價比高，又是內支撐支護體系中的寵兒。然而，其預加力的施加一直為人們所議論，預加力的大小直接影響基坑變形、基坑安全和基坑工程造價，格外引人關注。

一、施加預加軸力對圍護結構的作用

支撐設計是根據施工中不同工況下出現的最大軸力乘以分項系數，再乘結構安全性系數得到的設計值設計的，因此，在支撐架設初期，支撐未達到設計中的最大軸力，圍護結構與支撐之間有一定的空隙。因此施加支撐鎖定力的作用主要體現在：（1）通過施加鎖定力減小圍護結構與支撐之間的空隙，為下道支撐安全施工創造條件；（2）鎖定力的施加相當于用支撐將圍護結構向基坑外側頂，這樣，可以恢復一定的土體變形，較小基坑周邊變形。但是支撐的施加對基坑圍護結構和支撐自身有一定影響以及體現在：（1）過大的鎖定力需要強度較高的支撐，剛度較大的支撐在計算過程中支撐的受力分擔較多，支撐受力加劇，造成浪費；（2）過大的鎖定力對圍護結構受力產生影響，由于土體位移較小，不能達到主動應力狀態，而處于靜止土壓力狀態下，靜止土壓力大于主動土壓力，圍護結構荷載增加，配筋、強度都要增加，導致增加工程成本。因此施加合適的預加力對內支撐結構尤為重要。

二、不同規范中的規定

《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-2012)中4.9.9規定：預加軸向壓力的支撐，預加力值宜取支撐軸向壓力標準值的0.5~0.8倍。其跨度較大。到底施加多少合適，工程技術人員總結著自己的經驗，我們可以看到，各地區有著各自的地方標準，其中的規定也不盡相同。上海地方標準《基坑工程技術規范》（DG/TJOB-61-2016），鋼支撐的預壓力控制值宜為設計軸力的0.5~0.8；北京地方標準《城市軌道交通工程設計規范》DB11/995-2013，規定鋼支撐預加軸力取設計軸力標準值的0.3~0.7；北京地方標準《基坑工程內支撐技術規程》DB11/940-2012，規定鋼支撐預加軸力宜取設計軸力設計值的0.3~0.75；廣州省地方標準《廣州地區建筑基坑支護技術規定》（GJB 02-98）支撐預加壓力值取支撐力設計值的0.4～0.6 倍；深圳市地方標準《深圳市基坑支護技術規范》SJGO5-2011預加力值宜取支撐設計軸力的 0.5~0.7；河北省地方標準《建筑基坑工程技術規程》（DB 13(J)133－2012）規定鋼支撐預加軸力應取設計軸力設計值的0.5~0.75。

三、工程實例驗算

本文案例為石家莊市某明挖地鐵車站，基坑深度17m，鋼支撐采用Q235鋼管ф630×16。車站所在地層情況土層物理力學性質表如表1所示。

表1 工程地質表

隨著預應力的增大，則樁身受到的彎矩、剪力增大，配筋面積增大。應當注意的是樁身控制剪力、彎矩出現反轉，此時反轉對應比例為支撐軸力設計值的54%~62%之間，這是因為預應力較小時，支撐處的位移較大，樁身所受到的彎矩剪力較小，支撐軸力計算值較小。

四、結論

（1）根據以上分析，樁頂水平位移／地表沉降隨著預應力增大而減小，當支撐預應力取的56%支撐軸力標準值時，圍護樁主筋計算配筋率最低，此時樁身配筋較為經濟，因此建議預應力最高不大于支撐軸力標準值的60%。

（2）根據圖可以看出隨著支撐預應力的增大，樁身剪力、彎矩控制值出現反轉，對于非均勻配筋應引起足夠重視防止，比較各個工況下配筋滿足要求。