大跨度深基坑混凝土支撑与钢支撑混合应用技术

袁海龙

摘要：随着经济水平和城市建设的快速发展，地下工程越来越多，开发利用地下空间日益重要。在城市中心和建筑密集区，垂直开挖只能在支护结构的保护下进行。跟踪施工过程中的施工活动，测量周围土体的位移和附近建筑物、地下管线等保护对象的变形和应力。与预测值和计算值相比，所得数据能够可靠地反映工程建设造成的影响，并能以数量的形式准确地反映这种影响的程度。

关键词：大跨度深基坑；钢支撑；混凝土支撑；受力分析；

以某市轨道交通线一期工程迎门滩站项目为例，对比分析了大跨度深基坑多种支护设计方案的优缺点，并通过受力分析与理论计算，论证了混凝土支撑与钢支撑混合支撑的形式可以满足支护要求。根据施工实践，着重介绍了混合支撑施工的控制重点，对类似工程具有一定的借鉴意义。

一、基坑支护工程

在新世纪，我国的城市化进程逐步加快，高层建筑如雨后春笋般在全国各地不断涌现。这现象极大的促进了建筑基坑支护技术的发展。基坑的施工工艺通常来讲有两种，一种是放坡开挖，也叫做无支护开挖，另一种是在支护保护体系下开挖，叫做有支护开挖。在现在的建筑工程中，开放式的挖掘技术和用简单钢材进行支护的支护方式已经几乎不可见。但是支护工程仍然是决定施工安全性的重要因素，我国仍然需要重视支护技术的发展和开发。现在的城市建筑越来越密集，建筑基坑相互之间越来越近，这意味着施工难度的提升，也意味着对支护技术的新要求。纵然近些年支护技术已经随着城市建筑的发展而水涨船高，但是基坑边缘过小仍给支护技术带来了极大的挑战。

二、工程案例分析

1.工程简介。（1）某市轨道交通线一期工程迎门滩站项目位于某市某区银安路、富强路、万新南路交叉的三角地带及3条道路下方的空间范围内。项目开发面积为44 722 m2，地下2层结构。根据交通疏解及管线迁改的要求，该工程共划分为三期5个区域，其中，二期B区位于地铁1号线迎门滩车站南侧，城市主干道银安路下部，基坑开挖深度为17 m，基坑宽度为42 m，在宽度方向1/3的位置设置格构柱，采用支护桩＋内支撑的支护形式。（2）工程地质及水文地质条件。根据迎门滩站附属开发项目场地地勘报告，项目场地地层上部人工杂填土厚度为1.0～6.5 m；西北部有少量不连续的黄土状土，厚度为0～4 m，下部为第四系全新统卵石层，厚度为7～12 m；其余均为第四系下更新统卵石层，勘探45 m未揭穿。上部杂填土层稳定性较差，下部卵石层较为稳定，卵石层粒径达200～300 mm。（3）基坑支护设计概况。二期B区基坑开挖深度为17 m，设计采用传统的地铁车站明挖支护形式，为支护桩＋内支撑的支护形式。

2.施工难点。（1）银安路是安宁区的主要城市干道，车流量较大。而项目二期B区位于银安路下部，城市交通疏解压力大，且允许占用施工的时间较短，工期十分紧迫。（2）二期B区南侧为甘肃省药品监督管理局，北侧为地铁1号线迎门滩车站，采用明挖法施工，基坑宽度达42 m，一侧距地铁车站主体结构10 m，无法采用锚索支护，只能采用内支撑进行支护。（3）采用混凝土支撑，施工养护及拆除时间长，危险性较大；采用钢支撑，基坑稳定性难以保证。

3.设计方案的优缺点分析及选择。设计时，对迎门滩项目二期B区深基坑施工难点和周边影响因素进行了分析与研究。由于北侧基坑距地铁车站较近，无法采用锚索支护，故只能采用内支撑的支护形式。参考国内深基坑支护的的设计和施工经验，可供选择的方案如下：方案1：基坑支护采用3道混凝土支撑，混凝土支撑设计尺寸为800 mm×1 000 mm，支撑水平间距为9 m。方案2：基坑支护采用3道钢支撑，采用φ609 mm×16 mm的钢支撑，钢支撑水平间距为3 m。方案3：基坑支护采用2道混凝土支撑＋1道钢支撑，混凝土支撑水平间距为9 m，钢支撑水平间距为3 m。方案4：采用1道混凝土支撑＋2道钢支撑，混凝土支撑水平间距为9 m，钢支撑水平间距为3 m。（1）支撑类型的优缺点分析。1）混凝土支撑体系。其刚度大，变形小，节点牢固，既可以承受压力，又可以承受拉力，整体稳定性好，可以通过调整断面尺寸和平面布置形式，留出较大的施工空间；但混凝土支撑施工工序多，等待强度养护的时间较长，同时拆除的时间长，安全风险较大。2）钢支撑体系。其刚度小，变形大，节点连接处较薄弱，只能承受压力，不能承受拉力，整体稳定性差；但钢支撑在施工时，可通过千斤顶施加轴力以调整基坑变形，且支撑安拆时间短，可多次周转施工，节约工期，降低成本。（2）方案选择。通过对混凝土支撑和钢支撑的优缺点进行分析与研究，最终基坑支护结构采用方案4，即采用混凝土支撑与钢支撑混合应用的技术，充分发挥混凝土和钢支撑各自的优点，达到缩短大跨度深基坑支护和开挖的时间，同时降低施工成本的效果。

4.内支撑的受力分析。设计计算时，主要采用理正深基坑支护结构设计软件7.0 PB4版进行计算分析。（1）              计算参数。根据勘察报告建议，并结合地区类似地层基坑工程经验，类比分析后，综合确定本工程基坑支护设计计算采取的相关岩土参数指标。（2）设计安全等级依据相关规程的规定，本工程基坑侧壁安全等级为一级，基坑重要性系数取1.1。基坑边坡整体稳定性安全系数取1.35，抗倾覆安全系数取1.25。（3）设计计算结论。根据相关参数，建立支护桩＋1道混凝土支撑＋2道钢支撑的计算模型。计算结果表明，采用支护桩＋1道混凝土支撑＋2道钢支撑体系的基坑支护结构，其整体稳定性安全系数为1.526＞1.350，最小抗倾覆安全系数为1.865＞1.250，土反力Ps≤被动土压力Ep，满足要求。

三、施工控制重点

深基坑工程施工严格遵循“纵向分段，竖向分层，先支后挖，分层开挖，严禁超挖，动态监控，信息化施工”的原则。混凝土支撑梁施工时，严格按规范制作同条件养护试块，在同条件养护试块强度达到100%后，方可进行下部土方开挖。基坑土方采用分层开挖的方法，并随挖随架设钢支撑，在钢支撑处土方挖出来后，迅速安装钢支撑并施加预应力。事先在围护桩上标出支撑位置，提前进行支撑位置处的墙面处理，以使支撑顶端及墙面受力均匀。钢支撑事先在基坑外拼装，在钢管接长时，在钢管接头处设置连接法兰盘和钢肋板，并用螺丝拧紧。支撑加力之前，迅速设置轴力监测点，取得初始读数后加载，加载后测试实际预加力，以此控制预加力准确，对钢支撑加力时，应按设计要求分级加载。钢支撑预加力后，在土方开挖和结构施工时，做好基坑监测工作，发现异常时及时采取补救措施，同时监控支撑的安全，坚决杜绝危害支撑安全的事件发生。在支撑预应力加设前后的12 h内，加密监测频率，发现预应力损失或围护结构变形速率无明显收敛时，附加预应力值至设计值。钢支撑安装时，确保端头、千斤顶及钢支撑各轴线在同一水平面上，为保证平直，支撑法兰螺栓应采用对角或等分顺序进行紧固。用于支撑安装的千斤顶在使用前必须由具有相关资质的检测单位进行标定，千斤顶施加预应力达到设计值并塞紧钢楔块后，方可拆除千斤顶。及时架设钢支撑，安排专人负责现场设备的保养及维修工作，吊装施工过程中，由专人指挥，确保施工安全。架设好的钢支撑，严禁上人或堆载，如发现挠度增大或钢楔松动，应立即加固或重新施加轴力；挖土时，不允许机械碰撞钢支撑，不得有太大振动。为保证钢支撑架设后不扭曲，轴力方向是关键。因此，在钢支撑架设前，应严格控制托架的标高，确保钢支撑的各支撑点在同一条水平线上。

总之，施工项目的大跨度深基坑采用混凝土支撑与钢支撑混合应用技术，确保了深基坑自身安全和周边建（构）筑物的安全。同时，有效地降低了施工难度，加快了施工进度，节约了建设投资与施工成本，为以后的类似工程提供了一定的参考。

参考文献：

[1]刘渊.地铁站深基坑支护．2019.

[2]贾少娟.大跨度深基坑混凝土支撑与钢支撑混合应用技术探讨。2020.