型鋼支撐在某污水處理廠基坑優(yōu)化中的應(yīng)用

方興杰 孫 旻 韓 磊 冉岸綠 吳劍秋

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 概述

基坑內(nèi)支撐通常采用混凝土支撐、鋼支撐以及鋼—混凝土組合支撐?；炷林?，施工時(shí)需要養(yǎng)護(hù)，工期長(zhǎng)，拆除時(shí)產(chǎn)生大量的廢棄物，廢棄物回收利用率低。相比混凝土支撐，鋼支撐具有自重輕、施工速度快、綠色環(huán)保、可重復(fù)使用和不產(chǎn)生廢棄物的優(yōu)點(diǎn)。本文介紹一種H型鋼支撐體系，圖1為該裝配式型鋼支撐圖，該體系由定型H型鋼支撐、鋼圍檁、連桿、千斤頂、立柱、托梁等組成，支撐主要構(gòu)件采用H400×400×13×21。體系中的H型鋼支撐、鋼圍檁、連桿均采用螺栓拼接，輔以千斤頂保持軸力。

該體系具有以下特點(diǎn)，型鋼全部定型化，可重復(fù)利用，自由組合，普適性強(qiáng)；采用全螺栓裝配連接，大幅提高安裝施工精度，便于形成平面桁架，整體性好；通過自伺服千斤頂實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)支撐軸力，有效主動(dòng)控制基坑變形；該體系可有效應(yīng)用于深大基坑工程。

2 工程概況

某污水處理廠水池為生物反應(yīng)池，基坑面積約15 148 m2，基坑周長(zhǎng)約537.4 m。開挖深度5.3 m～7.45 m。場(chǎng)地現(xiàn)狀為空地，西側(cè)道路距基坑最近處為32 m，北側(cè)道路距基坑55 m，南側(cè)道路距基坑44 m，東側(cè)道路距基坑150 m，周邊無建筑物，場(chǎng)地環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單。基坑底部主要位于②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，土層的力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

基坑原設(shè)計(jì)為圍護(hù)樁+一道混凝土支撐，圍護(hù)樁AB，CD段采用鉆孔灌注樁，BC，DE，EF，F(xiàn)A段采用SMW工法樁，立柱采用格構(gòu)柱，設(shè)置對(duì)撐和角撐，東西對(duì)撐上設(shè)置混凝土棧橋。圖2為混凝土支撐及棧橋布置圖。

基坑典型剖面圖見圖3，基坑頂部放坡1 m，然后設(shè)置一道混凝土支撐。基坑底部靠近圍護(hù)區(qū)域采用三軸攪拌樁坑內(nèi)加固。

該基坑最大挖深7.35 m，基坑面積不大，施工簡(jiǎn)單，采用棧橋施工，過于浪費(fèi)。由于該項(xiàng)目工期緊，且處于冬季施工，混凝土支撐及棧橋施工需養(yǎng)護(hù)才能進(jìn)行基坑開挖，施工工期長(zhǎng)，且混凝土支撐和棧橋拆除復(fù)雜，成本高。

3 型鋼支撐基坑優(yōu)化

針對(duì)本基坑中混凝土支撐的不足，對(duì)整個(gè)基坑進(jìn)行優(yōu)化，內(nèi)支撐采用裝配式型鋼支撐。根據(jù)地勘資料，詳細(xì)分析每個(gè)鉆孔地層參數(shù)，細(xì)化圍護(hù)樁的區(qū)間，鉆孔灌注樁、SMW工法樁規(guī)格型號(hào)均與原設(shè)計(jì)相同。AJB段采用鉆孔灌注樁，AJ段取消內(nèi)支撐采用懸臂樁支護(hù)。BKC段采用SMW工法樁，JBK段采用雙拼型鋼組合角撐，立柱采用H型鋼，直接出入土體，在立柱樁上安裝牛腿，在牛腿上安裝托梁，托梁形成鋼支撐的安裝支座；鋼支撐端頭采用混凝土牛腿，在混凝土牛腿上埋板，在埋板上焊接角鋼，形成鋼支撐安裝的支座。CD段采用鉆孔灌注樁，KCD段采用雙拼型鋼組合角撐，立柱、托梁、牛腿均與JBK相同。

DEFG段采用SMW工法樁，鋼支撐布置采用一組三拼H型鋼構(gòu)件，支撐端頭采用八字撐，角部采用雙拼角撐。

為了土方開挖方便GH段，優(yōu)化為雙排樁，雙排樁頂部設(shè)置冠梁，中間用拉梁板連接前后排樁，形成整體門架支護(hù)結(jié)構(gòu)。圖4為優(yōu)化后的型鋼支撐布置圖，圖5為優(yōu)化后的基坑典型剖面圖。

基坑內(nèi)出土口設(shè)置在AHG邊，直接設(shè)置坡道至坑底，JBK，KCD，DEFG下部的土方掏挖至無支撐區(qū)域，然后運(yùn)離基坑。本優(yōu)化方案施工簡(jiǎn)單，極大的節(jié)省工期和費(fèi)用。

4 基坑優(yōu)化后效果分析

1)工期?；炷林问┕ば枰獕|層、支模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土和混凝土養(yǎng)護(hù)等工序，混凝土棧橋和支撐施工步驟基本相同，混凝土支撐和棧橋要形成閉合的受力體系才能發(fā)揮支撐作用，從施工到發(fā)揮支撐作用時(shí)間約20 d。混凝土支撐和棧橋拆除時(shí)施工復(fù)雜、安全隱患大、廢棄物處理困難、成本高、工期長(zhǎng)，同時(shí)不利于地下室成品的保護(hù)。

型鋼支撐全螺栓裝配連接，鋼構(gòu)件可在場(chǎng)地內(nèi)預(yù)拼裝，拼裝好的構(gòu)件直接采用塔吊、吊車安裝即可，工序簡(jiǎn)單。安裝完成后，采用千斤頂施加預(yù)加力，可快速發(fā)揮支撐作用，進(jìn)行基坑開挖，安裝速度快，可大幅度節(jié)省工期。經(jīng)測(cè)算采用型鋼支撐相比混凝土支撐基坑工期節(jié)約20%以上。

2)經(jīng)濟(jì)效益?；炷林伟惭b和拆除費(fèi)用簡(jiǎn)單計(jì)算如下，混凝土500元/m3，安裝拆除成本約1 000元/m3，綜合單價(jià)約1 500元/m3，如拆除時(shí)采用靜力切割綜合成本更高。

鋼支撐施工費(fèi)用1 200元/t，租賃費(fèi)7元/(t·月)-1～8元/(t·月)-1，6個(gè)月租賃費(fèi)用約1 440元，按6個(gè)月計(jì)算，6個(gè)月每噸鋼支撐費(fèi)用約2 640元。鋼支撐可完全回收，每噸可替換2.5 m3混凝土，每替換1 m3混凝土可節(jié)約1 000元以上。本項(xiàng)目不僅支撐成本大幅度降低且優(yōu)化節(jié)省大量混凝土支撐，取消了混凝土棧橋，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3)施工便利性?；炷林问┕すば蚨?，需要投入多工種協(xié)同作業(yè)，投入勞動(dòng)力多，工程量大，施工繁瑣，質(zhì)量隱患大，給現(xiàn)場(chǎng)的施工帶來諸多不便。拆除時(shí)要采用重型機(jī)械破除，產(chǎn)生噪聲和大量廢棄物，廢棄物清理不便，安全隱患大。

鋼支撐采用全螺栓裝配連接，投入機(jī)械、勞動(dòng)力均較少，安裝精度高，施工速度快，簡(jiǎn)單方便，易操作。拆除時(shí)，只需釋放預(yù)應(yīng)力，擰下螺栓，采用吊運(yùn)機(jī)械吊離現(xiàn)場(chǎng)即可，安全性高，全部回收，無廢棄物。

5 結(jié)語

本文介紹了裝配式H型鋼支撐體系及其特點(diǎn)，以某污水處理廠基坑為工程背景，詳細(xì)介紹H型鋼支撐體系在基坑優(yōu)化中的應(yīng)用。1)H型鋼支撐采用全螺栓裝配連接，施工簡(jiǎn)單，速度快，安全可靠，是基坑工程綠色發(fā)展的方向。2)相比混凝土支撐，H型鋼支撐在工期、經(jīng)濟(jì)效益、施工便利性等方面均具有優(yōu)勢(shì)，基坑工期節(jié)約20%以上，每替換1 m3混凝土可節(jié)約1 000元以上。3)H型鋼支撐可有效控制基坑變形，可應(yīng)用于房建和市政基坑，為同類工程的設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)優(yōu)化提供借鑒。