摘 要：為了提高鋼支撐結構體系的應用水平，解決平面規(guī)則的狹長型地鐵深基坑施工中存在的鋼支撐預加軸力不足問題。本文采用案例研究法，將寧波地鐵6號線一期多個地鐵車站深基坑作為研究對象，參考收集的鋼支撐結構施工的軸力數(shù)據(jù)，分析預加軸力的損失情況。研究結果證明，鋼支撐預加軸力的損失主要發(fā)生在千斤頂卸除階段，其后受支撐端部接觸面的平整度、鋼支撐架安裝質量、軸力計安裝以及鄰近支撐軸力的相干性影響，產生了漸變損失。

關鍵詞：鋼支撐；預加軸力；軸力損失

中圖分類號：TU 94" " " " 文獻標志碼：A

1 工程概述

寧波屬典型軟土地區(qū)，受軟土的低強度、高壓縮性、高靈敏度、流變性等特性的影響，在基坑開挖中，會產生較大變形，對基坑及周邊環(huán)境的變形控制極為不利。鋼支撐因其連接形式簡單、受力明確，型號多樣可滿足不同的荷載和剛度要求，并且安裝便捷，能多次重復使用，在平面較規(guī)則的狹長型地鐵深基坑工程中廣泛應用。

鋼支撐由固定端、活絡端及多個支撐管節(jié)組成，在基坑上方預拼裝完成，基坑開挖至一定深度后吊放至固定位置進行安裝。在安裝完成后給鋼支撐施加一定的軸力，消除鋼支撐、圍檁與圍護結構間的施工縫隙，將支撐體系與圍護結構密貼，使鋼支撐起到支撐作用，抵抗基坑側向土壓力以達到控制基坑變形的目的。從上述作用機理可以看出，只有鋼支撐的預加軸力達到合理范圍才能起到支撐作用，但在實際應用中，通常會出現(xiàn)預加軸力不足或軸力損失過快的情況。本文主要結合寧波地鐵多個車站基坑的現(xiàn)場實際情況，對鋼支撐預加軸力不足及損失過快的原因進行分析[1]。

2 鋼支撐預加軸力

以寧波地鐵6號線一期4個車站主體基坑的典型鋼支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，對鋼支撐預加軸力情況進行統(tǒng)計分析，獲得了4個工點預加軸力占比的分布數(shù)量統(tǒng)計表（表1），表中為鋼支撐預加軸力監(jiān)測點選取的數(shù)量以及預加軸力占據(jù)設計軸力的情況。其中，在工點一的42個監(jiān)測點中，有9根預加軸力小于30%的設計軸力，有4根超過80%的設計軸力，其他為30%～80%。在工點二的32個監(jiān)測點中，軸力分布類似工點一，23根處為30%～80%。在工點三的58個監(jiān)測點中，17根小于30%，29根為30%～60%，4根大于80%。在工點四的23個監(jiān)測點中，7根低于30%，12根為30%～80%，4根大于80%。

根據(jù)相關規(guī)范規(guī)定，鋼支撐軸力不應低于設計預加軸力80%，設計預加軸力一般為設計軸力的70%～80%，即鋼支撐軸力不應低于設計軸力的60%左右。由此可知，統(tǒng)計范圍內大部分鋼支撐均存在預加軸力不足的情況，占比約為62%。且各工點的差異性也比較大，工點一、二、四預加軸力不足的鋼支撐占比為50%～52%，工點三占比為79%，從側面反映出預加軸力與施工水平存在一定相關性[2]。

眾所周知，鋼支撐在預加軸力過程中勢必會產生軸力損失，考慮這個因素，在寧波地鐵基坑鋼支撐軸力預加施工中，千斤頂?shù)淖罱K加壓值要求達到設計軸力的110%～130%。實際仍然存在較多預加軸力不足的情況，為分析鋼支撐軸力損失來源，對工點一、二、三鋼支撐預加軸力過程中及預加后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。

3 鋼支撐軸力損失實測分析

在工點一、工點二、工點三中選取4～6個鋼支撐，在千斤頂加壓至卸除后24h的軸力變化時程曲線圖如圖1～圖3所示。其中，Zg1-1#～Zg3-4#為各工點的點號，縱坐標為鋼支撐軸力，橫坐標為千斤頂加壓、卸除后的軸力變化時間，由此繪制各工點鋼支撐預加軸力的損失率統(tǒng)計表（表2）。

千斤頂卸除軸力損失率=（千斤頂加壓值-千斤頂卸除后軸力值）/千斤頂加壓值。預加后12h軸力損失率=（千斤頂千斤頂卸除后軸力值-卸除后12h軸力值）/千斤頂加壓值。

從圖1～圖3可知，在千斤頂卸除的階段，3個工點的鋼支撐軸力均發(fā)生了突降，卸除后施工中的軸力減少，之后接近平穩(wěn)。

從表2可知，各點號設計軸力與千斤頂加壓、卸除以及預加12h的軸力損失率與平均損失率，由此可知，千斤頂卸除階段的軸力損失率為30%～70%，損失率均值約為46.8%，千斤頂卸除后12h內的軸力漸變損失率基本在20%內，損失率均值約為10.5%。各工點的差異性主要體現(xiàn)在千斤頂卸除階段的軸力損失，工點一千斤頂卸除階段損失率均為39.1%，工點二千斤頂卸除階段損失率均為48.3%，工點三千斤頂卸除階段損失率約為56%，千斤頂卸除后的漸變損失各工點差異性并不大，千斤頂卸除后12h內的軸力損失率均值均為10%左右。

4 鋼支撐軸力損失原因分析

4.1 千斤頂卸除階段的軸力損失原因分析

鋼支撐一端設有活絡頭，因此通過兩個千斤頂施加預應力，加壓時在活絡頭內放置鋼楔塊，在分級加壓且鋼楔塊楔緊后，千斤頂回油卸除，此時千斤頂承受的預加軸力轉為鋼楔塊承擔，由此產生軸力損失。此時的軸力損失：在鋼楔塊承擔全部軸力后，原穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生改變，鋼楔塊產生了錯動和塑性變形，直到達到新的穩(wěn)定狀態(tài)，鋼支撐管節(jié)也發(fā)生松弛，從而產生大量的軸力損失。鋼楔塊安裝、楔緊由人工完成，人工操作誤差可能存在安裝不平整，會導致偏心或安裝縫隙、插入深度不足、未完全楔緊等情況，無法承擔全部軸力，引起軸力損失。

通過分析可知，千斤頂卸除時的支撐軸力損失率約為46.8%，最高可達到70%，此時的軸力損失是不可避免的，因此可盡量減少軸力轉換階段鋼楔塊引起的軸力損失：采用高強度的鋼材加工鋼楔塊，加工時須保證接觸面的平整度，必要時進行打磨，避免使用銹蝕、變形、接觸面不平整的老舊鋼楔塊；在鋼楔塊安裝中要保證接觸面密貼，減少施工縫隙，上下對稱楔入，分級加壓穩(wěn)壓時多次緊固，保證楔入度，采取限位措施，防止鋼楔塊擠出[3-5]。

4.2 其他軸力損失因素分析

鋼支撐端部與圍護結構接觸面不平整：在圍護結構施工中，因質量管控不力或客觀因素影響，地墻墻面易出現(xiàn)鼓包、漏筋等質量問題，導致鋼支撐端部或圍檁與圍護結構接觸面無法密貼，未經(jīng)處理或處理不當會使接觸面存在較大空隙，產生應力集中造成軸力損失。

鋼支撐架設質量控制不到位：在鋼支撐安裝中存在質量通病，例如管節(jié)法蘭不匹配導致對接偏差或錯臺，定位誤差導致橫向或豎向偏心，鋼支撐管節(jié)、法蘭、活絡頭變形，鋼支撐架設位置不到位，鋼圍檁無有效連接措施及限位措施，預加軸力未分級施加，在加壓過程中穩(wěn)壓時間控制不到位等，以上支撐架設質量因素都會導致鋼支撐軸力損失[6]。

軸力計安裝引起軸力損失：在軸力計安裝過程中，由于安裝誤差、局部變形、墻面不平等因素影響，因此軸力計容易處在偏心受力狀態(tài)，導致軸力計不能真實反映鋼支撐軸力，造成軸力損失。除此之外，軸力計截面尺寸比鋼支撐截面尺寸小，在受力后會引起鋼支撐固定端鋼板凹陷、變形甚至塑性破壞。目前，為防止出現(xiàn)上述情況，一般都會在軸力計兩側加加強鋼墊板，采用軸力計專用法蘭或專用管節(jié)安裝軸力計，采用以上方式可以一定程度上避免軸力計安裝引起軸力損失問題。

鄰近支撐架設引起軸力損失：受軸力相干性影響，在對新近安裝的鋼支撐施加預應力后，會導致鄰近的鋼支撐軸力損失，預加軸力越大損失率越高，距離4m內的支撐軸力損失會比較大，且基坑中部的支撐軸力受相干性影響大于基坑端頭。為減少軸力相干性引起的軸力損失，應盡量同時架設同一幅地墻的兩根鋼支撐，不僅可減少鄰近支撐架設引起的軸力損失，還利于地墻協(xié)調變形控制[7]。

5 結論

針對鋼支撐預加軸力不足的問題，本文對寧波市地鐵6號線一期數(shù)個車站基坑實際鋼支撐預加軸力情況進行分析和總結，對鋼支撐預加軸力不足的原因進行探討，得出以下結論。1）寧波地鐵基坑鋼支撐軸力預加軸力不足主要由千斤頂卸除階段的軸力損失及卸除后的軸力損失引起，千斤頂卸除階段的軸力損失約為加壓值的30%～70%，損失率均值為46.8%，千斤頂卸除后12h內的軸力損失率基本在20%內。2）千斤頂卸除階段的軸力損失主要由軸力轉換時鋼楔塊的錯動偏移、塑性變形以及安裝誤差引起。3）支撐端部與圍護結構接觸面的平整度、鋼支撐架設安裝質量、軸力計的安裝以及鄰近支撐軸力的相干性影響都會引起鋼支撐軸力漸變損失。

參考文獻

[1]陳濤，宋靜，翟超.考慮時空效應軟土地區(qū)深基坑開挖變形分析[J].巖土工程技術，2019，33（3）：149-153.

[2]李書銀，李世良.地鐵深基坑鋼支撐預加軸力消散原因分析[J].鐵道勘察，2018（5）：39-42.

[3]曹虹，孫九春，吳圣偉.軟土地鐵深基坑鋼支撐軸力損失研究.[J].建筑施工，2022，44（12）：3026-3029.

[4]鄭堅杰，地鐵深基坑鋼支撐施工節(jié)點優(yōu)化與軸力控制.[J].市政技術，2021，39（增刊1）：130-134.

[5] 何君佐，廖少明，孫九春，等.軟土深基坑鋼支撐多點同步加載的軸力相干性研究[J].土木工程學報，2020，53（7）：99-107.

[6] 唐文平.地鐵深基坑鋼管支撐軸力損失原因分析[J].廣東土木與建筑，2018，25（11）：10-11.

[7] 陳濤，宋靜，翟超.考慮時空效應軟土地區(qū)深基坑開挖變形分析[J].巖土工程技術，2019，33（3）：149-153.