深基坑鋼結構支撐施工過程研究

楊沐霖 陳 鵬 王 聰 董俊杰 任澄宇

（中國建筑第八工程局有限公司，上海200240）

1 概述

基坑支撐施工流程一般為先施工圍護體系，再施工支撐體系，隨后進行土方開挖，修筑結構體系，形成地下空間。鋼筋混凝土支撐體系施工周期、養護周期長，施工緩慢，施工精度差，應力應變反應小，基坑開挖周期長、變形大，對周邊環境影響較大。因此，采用施工安裝便捷、施工周期短，對應力應變反應敏感，對周邊環境影響小的鋼結構支撐在保護要求、變形控制要求高的區域進行應用變得十分必要。

小東門街道616、735 街坊項目B 區位于上海市黃浦區外灘南段，占地面積12760m2，基坑開挖深度15.6m。

（1）工程位于上海黃浦區，是上海市的重要窗口，地塊周邊環境復雜，同時存在歷史保護建筑- 商船會館、軌道交通4 號線事故段、中山南路地下通道、南浦大橋引橋、地下管線等大量保護對象，環境保護和文明施工要求很高，施工難度大。

（2）靠近地鐵側基坑施工，基坑施工需保證地鐵的正常運營，并保證施工的安全性和工期因素。

（3）基坑開挖深度較大，承壓水對基坑開挖的穩定性影響較大；且基坑外側距離地鐵4 號線、交通道路和南浦大橋較近，周邊水位的變化對周圍道路、管線、地鐵會有一定的不利影響。

（4）基坑東側緊貼運營中的地鐵4 號線，距離事故段較近，北側鄰近保護性建筑商船會館，對地下連續墻施工期變形控制要求高，給施工帶來較大施工難度。

圖1 連接處應力云圖

2 鋼結構角撐模型論述

與圍檁連接處通過螺栓、連接板與型鋼連接，工程施工前為能夠準確了解鋼結構支撐對基坑變形的能力，通過軟件建模分析，發現型鋼與鋼管連接處當力不斷的施加時，力不能夠有效傳遞，從而造成應力達到承載力極限狀態，對基坑安全穩定造成嚴重威脅。分析原因為圓鋼管內，圓鋼管與型鋼截面存在錯臺，截面變化處存在巨大剪切力，力不能得到傳遞，未傳遞到圍檁。下圖中型鋼與鋼管連接處紅色部分應力達到承載極限，對基坑安全造成嚴重威脅，具體情況如圖1 所示。

3 鋼結構節點選型及優化

針對上述型鋼與鋼管連接處應力達到承載極限情況，通過在圓鋼管內增加十字鋼板，使鋼管上的力通過十字鋼板傳遞到型鋼的腹板和中部加勁肋上，實現了力更好的傳遞。力主要通過十字鋼板側面焊接處傳遞，增加封頭板，通過圓形封頭板將力平均，分配至十字鋼板端部及側面，使受力更加均衡，從而使承載力提升。通過以上措施，使原來達到承載力極限的部位受力降低，實現了力更好的傳遞，極大地提高了節點的極限承載力，效果較為明顯，從而進一步保證基坑的變形。如圖2 所示。

4 施工步驟及方法

4.1 材料檢驗

基坑開挖前，準備足夠數量的鋼管支撐材料。鋼管支撐進場后嚴格按照設計要求及有關規范標準對鋼管材料質量認真檢查，符合要求后，方可使用。

4.2 鋼管支撐拼裝

為減少基坑無支撐暴露時間，基坑開挖時，應先將開挖位置所需支撐拼裝完成，以縮短每循環支撐施工時間。

支撐鋼管連接：支撐鋼管間采用高強螺栓連接，在用螺栓連接時，要求對稱用力，防止出現鋼管支撐偏心受力。

支撐拼裝長度：支撐拼裝長度根據基坑寬度、支撐活動端行程等參數綜合考慮，一般支撐拼裝長度比實際所需長度要短15cm 左右。

4.3 測量放線、支撐定位

挖土完成后，立即組織專職人員按設計圖紙進行測量放線和支撐定位工作，要求支撐定位允許偏差為：3cm（水平位置偏差），2cm（高度偏差）。

4.4 吊裝鋼管支撐就位

鋼圍檁吊裝就位后，立即組織鋼管支撐吊裝就位。鋼管支撐吊裝設備采用50 噸履帶吊機，為防止吊裝過程中鋼管支撐因晃動而出現吊裝安全事故，同樣在鋼管支撐兩端系安全纜風繩，在專職指揮及牽引下平穩吊裝就位。

圖2 增加十字鋼板后連接處應力云圖

4.5 施加預應力

鋼支撐安裝結束必須按設計要求及時對支撐施加預應力，以形成一個整體穩定的圍護支撐系統。

4.6 支撐軸力復加

如圍護結構位移超過警戒值時，可適量復加支撐軸力以控制圍護結構的變形。

鋼支撐預應力復加依據以監測反饋信息為主，以人工檢查為輔。

監測數據檢查：監測數據檢查的目的是了解支撐軸力變化情況及圍護結構變形情況，并根據監測反饋信息提交項目部討論，決定是否采取復加軸力措施。

人工檢查：人工檢查的目的是了解鋼支撐的松動情況。以榔頭敲擊無軸力器的鋼支撐活絡頭塞鐵，視其松動與否決定是否復加預應力。

復加支撐軸力前，應在復加支撐軸力的位置預先搭設腳手架。

5 支撐施工時空效應控制

本工程地理位置特殊，如何確?；影踩爸苓叚h境安全是本工程施工的重點與難點。而確保基坑安全的措施除了圍護結構設計與施工質量，地基加固及降水效果、科學合理的挖土方案外，基坑支撐體系的設計與施工質量同樣不可忽視。根據相關深基坑及周邊城市類似深基坑施工經驗，基坑支撐（鋼管支撐）體系的施工質量除了支撐本身的安裝質量外，其施工的時空效應控制同樣不可忽視，施工單位擬通過縮短支撐安裝時間以縮短基坑開挖無支撐總暴露時間。

6 常見問題及防治措施

（1）支撐連接螺栓在施加預應力后出現松動現象。

防治措施：

在支撐預應力施加完成后，派專人檢查并復擰。

（2）支撐活絡頭出現歪斜現象。

防治措施：

a.加強材料進場檢查驗收，杜絕不合格支撐活絡頭投入使用。b.通過合理拼裝支撐，控制活絡頭伸長量在15cm 以內，防止活絡頭伸長量過大而引起支撐歪斜現象出現。c.采用填縫、調平等措施確保支撐接觸面平整，防止支撐頭偏心受力。

（3）支撐預應力損失。

防治措施：

a.支撐軸力施加階段，當油泵車油壓達到設計要求后需持荷穩壓1 分鐘再楔入鋼楔，鋼楔楔入完成后再卸壓退頂。b.當出現支撐預應力損失時，應根據監測結果及總包指令及時復加軸力。

7 保障措施

7.1 鋼支撐安裝按設計圖紙及設計交底要求進行，現場丈量復核實際長度尺寸，并按鋼支撐的編號圖吊裝登記。鋼支撐吊裝到位后，進行水平度的調整，檢查各連接焊接點和螺栓是否緊固可靠，并由監理人員監督進行預應力的施加，形成完整的鋼支撐系統。

7.2 鋼支撐安裝必須直順無彎曲，接頭必須緊密牢固，與連續墻的接觸處除有足夠的強度與鋼度外，還需與支撐端頭密貼，若鋼支撐端頭與連續墻間有間隙須用細石混凝土填實。

7.3 鋼支撐安裝必須確保支撐端頭與圍護結構均勻接觸，安裝支撐的徑向軸線偏心度必須控制在設計要求的范圍內。

7.4 土方開挖過程中，派專責技術人員駐工地夜間值班監護。如圍護支撐變形或連接點出現裂縫，必須立即加固補焊，同時采取相應措施，確?；拥陌踩?。

7.5 鋼支撐施工必須堅持“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則，對已撐好的鋼支撐進行嚴格的保護，不準在鋼支撐上面堆物，不得受到任何壓力。如挖機須通過，應先復土，并鋪設路基箱，嚴禁各種機械在支撐上行走或停留操作，挖機在挖土過程中不得碰撞鋼支撐。

7.6 鋼支撐安裝完畢，驗收合格后，再進行挖土施工。

8 結論

本文針對深基坑鋼結構支撐施工過程進行了概述，結合鋼結構施工節點設計和施工過程分別進行了分析和數值模擬研究。本文結論如下：

（1）針對鋼結構支撐節點應進行理論分析和計算，通過數值模擬分析確定合理的節點形式，確保施工過程的安全性，加快施工進度，控制基坑變形，完善施工各項措施。

（2）總結了鋼結構支撐施工過程中的關鍵工序，結合數值計算結果，加強加載及開挖過程關鍵部位監測，保證桿件應力和變形等均滿足要求，這表明本文的支撐施工方案對施工具有指導意義。

（3）本文鋼結構支撐施工方案和計算方法可為類似工程提供參考。