汪少悅　易榮貴

摘要：文章簡要介紹了圓形鋼管支撐座位深基坑的內(nèi)支撐體系的特點(diǎn)、方案選擇及施工要點(diǎn)，并以洲頭咀隧道工程中的應(yīng)用加以說明。

關(guān)鍵詞：圓形鋼支撐；洲頭咀隧道工程；基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號：U469文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0029-02

圓形鋼管支撐在廣州地區(qū)，最早是1992年從上海引進(jìn)，目前已在眾多工程中使用，成為明挖施工基坑的主要支撐體系。由于圓形鋼支撐體系具有使用靈活、簡便，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，對臨近建筑物影響甚少，甚至圓形鋼支撐的安裝不需要擊穿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在地下水豐富的地區(qū)使用，較采用錨桿支撐更穩(wěn)妥，一般情況不會引發(fā)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏,且圓形鋼支撐是定型組合式材料，可以多次裝拆，重復(fù)使用，因此比其他的支護(hù)系統(tǒng)的工程造價要低。大量的工程實(shí)踐證明，推廣圓形支撐系統(tǒng)在深基坑支護(hù)工程中廣泛應(yīng)用，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐方案選擇

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐按材料可以有鋼管支撐、型鋼支撐、鋼筋混凝土支撐、鋼和鋼筋混凝土的組合支撐等種類；按其受力形式可以有單跨壓桿式支撐、多跨壓桿式支撐、雙向多跨壓桿式支撐、水平桁架式支撐、水平框架式支撐、大直徑環(huán)梁及邊桁架相結(jié)合的支撐、斜撐等類型。這些支撐系統(tǒng)在實(shí)踐中都有各自的特點(diǎn)及不足之處。從材料種類分析，鋼支撐便于安裝和拆除，材料的消耗量小，可以施加預(yù)應(yīng)力以合理的控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形；架設(shè)速度快，有利于縮短工期。但是鋼支撐系統(tǒng)的整體剛度較小，由于要在兩個方向上施加預(yù)緊力，縱橫向桿件之間的連接始終處于鉸接狀態(tài)，形不成整體剛接。鋼筋混凝土支撐則整體剛度好，變形小，安全可靠，具有現(xiàn)場澆筑的可行性和高可靠度。但施工制作時間較長，拆除工作比較繁重，材料回收利用率低。就支撐結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向而言，應(yīng)推廣使用鋼支撐，努力實(shí)現(xiàn)鋼支撐構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化、工具化。

型鋼支撐由于加工制作的工作量較少，施工現(xiàn)場的機(jī)械化程度高，是施工人員素質(zhì)較高，材料成本相對較低的國家或地區(qū)的基坑內(nèi)支撐的首選方法。圓形鋼支撐雖然需要有一定的加工制作的工作量，施工現(xiàn)場安裝和拆除的工作量比型鋼支撐要大，但它所需要的鋼材用量相對少，重量較輕，整體剛度好，變形小，安全可靠，施工現(xiàn)場安裝和拆除的方法較多，適合于發(fā)展中國家特別是我國的國情。

二、圓形鋼支撐的結(jié)構(gòu)形式

圓形鋼支撐結(jié)構(gòu)主要由一個固定端、一個活動端及若干個不同長度的鋼管通過法蘭盤連接而成。固定端及活動端（閉合狀態(tài)）的一般設(shè)計長度為2.67m，也可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。活動端設(shè)有一個可移動的主軸，采用千斤頂施加壓力后對全段長度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到使整個支護(hù)系統(tǒng)能按設(shè)計要求均勻的緊壓支護(hù)面。圓形鋼管的管徑范圍為500mm～1524mm，壁厚為9mm～22mm。根據(jù)實(shí)際情況，廣州地區(qū)一般采用的圓形鋼管支撐的管徑為500mm、600mm以及609.6mm，壁厚為9mm、12mm、14mm以及16mm。管段長度的定型桂格主要有以下幾種：L=12m、6 m、5 m、2 m、1 m、0.5 m、0.25 m、0.15m。

單根鋼支撐設(shè)計最大跨度不超過30m。若需大跨度安裝時，必須設(shè)置立柱及聯(lián)系梁。

三、鋼管支撐的受力計算

鋼管支撐主要承受圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳來的水平荷載（水壓力、土壓力），結(jié)構(gòu)自重、施工荷載等豎向荷載，以及溫度變化產(chǎn)生的附加作用，按壓彎構(gòu)件計算。根據(jù)端頭與圍護(hù)結(jié)構(gòu)接觸面的工況，把受力計算圖式考慮為三種：兩端鉸接；一端鉸接一端固定；一端鉸接一端半固定。

鋼管支撐需進(jìn)行承載力、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性、長細(xì)比及撓度的驗(yàn)算。尤其是穩(wěn)定性的計算是非常重要的，需要滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)要求。

四、圓形鋼管支撐的布置

圓形鋼管支撐易采用相互正交、均勻布置的支撐體系。布置應(yīng)考慮以下要求：（1）安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，能夠在穩(wěn)定性和控制變形方面瞞住對周圍環(huán)境保護(hù)的設(shè)計要求；（2）在安全可靠的前提下，最大限度的方便土方開挖和主體結(jié)構(gòu)的快速施工要求，使綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到優(yōu)化；（3）上、下水平支撐的軸線應(yīng)布置在同一豎向平面內(nèi)，層間凈高不宜小于3m。當(dāng)采用機(jī)械開挖及運(yùn)輸時，層間凈高不宜小于4m。豎向布置應(yīng)避開主體工程地下結(jié)構(gòu)底板和樓板的位置，支撐底面與主體結(jié)構(gòu)之間的凈距離不宜小于700mm，支撐頂面與主體結(jié)構(gòu)之間的凈距不宜小于300mm；（4）水平支撐的現(xiàn)場安裝節(jié)點(diǎn)宜設(shè)置在支撐交匯點(diǎn)附近。兩支點(diǎn)間的水平支撐的安裝節(jié)點(diǎn)不宜多于兩個。（5）縱橫向水平支撐宜在同一標(biāo)高交匯；（6）若不在同一標(biāo)高交匯，連接構(gòu)造的承載力應(yīng)滿足平面內(nèi)穩(wěn)定的要求。

五、主要施工技術(shù)要求

施工前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，必須以《安裝鋼支撐施工組織設(shè)計》為組織管理依據(jù)，在開挖面準(zhǔn)備好以前準(zhǔn)備好擬定長度的鋼支撐、活動端頭、墊塊等，確保整個安裝鋼支撐過程能順利就行。

嚴(yán)格執(zhí)行開挖程序。每個限定長度的開挖段，按開挖程序逐層開挖。開挖底面標(biāo)高應(yīng)能滿足該層支撐的安裝。每一層開挖后，挖一段（第一層一般長度不超過12m，第二層及以下各層應(yīng)不大于6m），需立刻進(jìn)行鋼支撐安裝，并施加設(shè)計鋼支撐軸向力40%～60%的預(yù)加力。鋼支撐的安裝時間不宜超過16小時，不允許拖延鋼支撐的安裝時間，以防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部因?yàn)閼冶凼芰r間過長產(chǎn)生較大的水平失穩(wěn)和造成附近地面開裂。基坑開挖深度大了，會因隨著壓力的減弱而出現(xiàn)空隙，故應(yīng)立即采取可靠措施處理，防止鋼支撐端頭部分移動、脫落。

做好開挖及安裝過程中的監(jiān)測。安裝施工前必須按設(shè)計要求在圍護(hù)結(jié)構(gòu)面（或預(yù)埋件）上標(biāo)注監(jiān)控點(diǎn)，測量基坑確切支撐實(shí)際長度?；娱_挖和鋼支撐安裝過程中，應(yīng)組織好各項(xiàng)測量工作，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移及支撐軸力的情況要及時做好監(jiān)測點(diǎn)位移記錄，確保鋼支撐安裝位置適當(dāng)。安裝完成后，應(yīng)立即進(jìn)行支撐點(diǎn)接觸面、支撐撓度、預(yù)應(yīng)力變化等部位監(jiān)控并做好原始記錄，與信息法施工相結(jié)合。多層支撐安裝的基坑，在第二、三道支撐安裝完成后，應(yīng)密切注意（尤其是第一道支撐）的監(jiān)控。

準(zhǔn)確的施加預(yù)加力。鋼支撐最后施加預(yù)應(yīng)力一般為80%，或根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整。施加預(yù)應(yīng)力的液壓設(shè)備應(yīng)得到有關(guān)部門的標(biāo)定證書。整個監(jiān)控過程中要經(jīng)常檢查液壓設(shè)備，確保其正常工作。施加預(yù)加力的數(shù)值應(yīng)記錄清楚，以備檢查。

按規(guī)定拆除鋼支撐。支撐的拆除順序?yàn)橛上露?。必須在鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)達(dá)到齡期或強(qiáng)度要求后，方可以拆除其上一層支撐，或施工換撐。因受力需要而布置的鋼支撐，在澆筑混凝土?xí)r端頭應(yīng)埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)襯里，結(jié)構(gòu)完成后采用切割的方法拆除，端頭永久留在結(jié)構(gòu)里，必須采取相應(yīng)的防水措施，保證結(jié)構(gòu)的防滲漏功能。

六、圓形鋼支撐在廣州洲頭咀隧道工程中的應(yīng)用

筆者有幸參加了廣州洲頭咀隧道工程的設(shè)計工作，洲頭咀隧道是連接荔灣區(qū)芳村與海珠區(qū)之間的一條重要通道，隧道全長1934.127m，其中岸上段長度1594.127m。本工程的特點(diǎn)是：（1）場區(qū)多位于既有道路及房屋建筑區(qū)上。周邊管線眾多，建筑物密集，且很多建筑物缺乏基礎(chǔ)調(diào)查資料。施工條件苛刻，基坑開挖必須確保周圍環(huán)境的安全且不發(fā)生較大的施工振動破壞和噪音污染；（2）基坑開挖深度約為2.4m～18.9m，寬度約為23m～57m，施工難度大；（3）基坑開挖需穿越兩條干道，因此基坑施工不僅要確保自身安全且應(yīng)盡量減少對地面交通的干擾；（4）靠近珠江，地下水豐富。

經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及安全綜合對比考慮，岸上段部分（包括敞開段和暗埋段），均采用明挖法施工方法，采用直徑1000mm或1200mm的鉆孔灌注樁和直徑600mm的旋噴樁（或攪拌樁）止水帷幕，對于開挖深度大于6m的基坑，設(shè)置1～4道支撐支護(hù)，每層支撐的間距為3.0m～3.5m，支撐的位置主要在底板、頂板以上。支撐的水平間距為4.8m或3.0m，并且在圓形鋼管支撐與鉆孔灌注樁之間設(shè)置鋼圍檁。

按照廣州地區(qū)的一般做法，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐（當(dāng)?shù)谝坏乐闻c隧道結(jié)構(gòu)頂板相沖突時，考慮施工難易及成本、工期的要求，仍采用鋼筋混凝土支撐），其余支撐均采用圓形鋼管支撐，一般建議同一工程采用的支撐型號不宜超過2種，本工程統(tǒng)一采用直徑600mm，壁厚12mm的圓形鋼管支撐支護(hù)。本工程對于基坑寬度B＜30m區(qū)段設(shè)置1排立柱；基坑寬度30m＜B＜45m區(qū)段設(shè)置2排立柱；在基坑寬度B在最大寬度57m區(qū)段，設(shè)置3排立柱。

本工程采用PLAXIS有限元軟件及理正深基坑設(shè)計軟件進(jìn)行基坑分析及計算，設(shè)計成果滿足規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)該工程仍在施工建設(shè)中，就目前已完成的施工標(biāo)段看，鋼支撐系統(tǒng)施工過程順利，安裝及拆除工效均快捷、顯著。勘察單位提供的監(jiān)測資料顯示支護(hù)系統(tǒng)變化情況不大，水平位移、沉降等均滿足標(biāo)準(zhǔn)和要求。

七、結(jié)語

圓形鋼支撐在廣州洲頭咀工程中的應(yīng)用是成功的。圓形鋼管支撐具有安全可靠、施工簡單及可重復(fù)使用的特點(diǎn)（一般可重復(fù)使用6次以上），對于窄長型的基坑尤其適用。深基坑施工工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有多種方案，如果從造價及工期角度考慮，采用圓形鋼支撐是首選方案。對于大城市中心區(qū)的地下空間綜合開發(fā)，減少地下空間的相互干擾和影響，是適合我國國情的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。

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作者簡介：汪少悅（1981－），女，廣西賀州人，供職于茂爾盛咨詢（深圳）有限公司，研究方向：地鐵、基坑等巖土工程設(shè)計；易榮貴（1982－），男，江西贛州人，供職于茂爾盛咨詢（深圳）有限公司，研究方向：公路邊坡、擋土墻、基坑工程設(shè)計。