建筑基坑支护装配式H型钢支撑结构

建筑基坑支护装配式H型钢支撑结构

龙霖

中冶华天工程技术有限公司安徽马鞍山243000

摘要:随着我国城市建设的迅猛发展，地下空间的开发规模越来越大等，极大地推动了基坑工程理论与技术水平的快速发展，支撑式支挡结构是基坑支护结构的重要类型，内支撑结构可选用钢支撑，其绿色环保，可避免混凝土支撑拆除工作量大、拆除过程中存在噪声污染，废弃物处置等不利方面。

关键词：钢支撑布置灵活节点构造简单可重复利用综合效益良好绿色无污染

一、概述

随着我国城市建设的迅猛发展，地下空间的开发规模越来越大等，极大地推动了基坑工程理论与技术水平的快速发展，在基坑支护结构、地下水控制、基坑监测、信息化施工、环境保护等诸多方面都呈现出过去难以涉猎的新特点以及前所未有的发展新趋势，主要体现在基坑尺度大深化、支护样式多样化、施工监控信息化、变形控制严格化等方面。目前，国内大量的基坑工程集中在城镇地域，周围存在着建筑物、地下管线、既有隧道、道路桥梁等，周边环境条件极其复杂，这就要求基坑工程不仅要保证支护结构及基坑本身的安全，还要严格控制基坑开挖引起的周围土体变形，以保证邻近建（构）筑物的安全和正常使用，随着对基坑支护结构的位移要求越来越严格，基坑开挖工程正在从传统的稳定控制设计向以变形控制设计的方向发展。

支撑式支挡结构是基坑支护结构的重要类型，应用极为广泛，内支撑结构可选用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土的组合支撑，目前，国内基坑工程主要选用的是混凝土支撑。虽然混凝土支撑的布置形式和方式基本不受基坑平面形状的限制，具有刚度大、整体性好、施工技术相对简单等优点，但混凝土支撑需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥支撑作用，需要达到一定的材料强度后，才能进行其下的土方开挖；此外，拆除混凝土支撑工作量大，一般需要采用爆破或机械方式拆除，从而造成严重的噪声污染，拆除后的支撑材料不能重复使用，大量废弃混凝土垃圾的处理也会造成严重的环境污染。相较而言，钢支撑不仅具有自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复利用等优点，而且安装后能立即发挥支撑作用，对减小由于时间效应而产生的支护结构位移十分有效，但现阶段国内基坑工程采用的钢支撑存在着节点构造和安装相对复杂、现场焊接工作量较大、工程费用昂贵等各种不足，而装配式H型钢支撑（如图-1、2）以标准化构件及工具式拼装、拆除等优点极大地补充和完善了钢支撑结构类型。

二、钢支撑的优势

装配式H型钢支撑是H型钢标准件通过可靠的工具式连接方法拼装而成的用于基坑支护的钢结构内支撑，其主要优势在于以下几个方面：

1.以一定规格的H型钢支撑标准件匹配少量的非标准件，使得H型钢支撑的布置形式和方式极为灵活和多样化，可以适用于各种平面形状的基坑。

2.装配式H型钢支撑的安装连接以高强度螺栓连接为主，使钢支撑节点构造简单、安装和拆除简洁而高效；而“强节点弱构件”的设计理念使构件受力更加安全可靠。

3.装配式H型钢支撑便于在安装过程中进行实时监测，从而可以有效控制施工偏心误差。根据实际工程所测数据，装配式H型钢支撑的施工偏心误差远远低于现行国家关于基坑支护行业标准所规定的偏心误差取值。

4.对装配式H型钢支撑施加预应力（预加轴向压力）不仅可以减小基坑开挖后支护结构的水平位移，使基坑支护结构整体受力趋于一致；还可以检验支撑连接节点的可靠性，使基坑支护更加稳定可靠。

5.钢支撑的内力受温度变化影响较混凝土支撑更为显著：当温度骤降时，支撑因收缩引起的轴向预应力损失严重，应当及时进行预应力补偿；另一方面，温度骤增会引起支撑轴力突然增大，这对已经受力较大的支撑将产生不利影响，甚至可以导致构件屈曲破坏。在装配式H型钢支撑体系中设置具有实时监控作用的预应力自动伺服系统（预应力自动伺服系统应用于基坑支撑系统中的基本工作原理是：安装在钢支撑上的液压千斤顶，通过液压泵站上的压力传感器实时反馈压力监测值，并通过工业控制计算机和PLC控制模块，实现对钢支撑轴力的复加和自动控制），针对温度变化、受力不均等因素对支撑轴向力进行及时调整，可以有效控制基坑变形，基坑周边环境越复杂敏感越能体现采用预应力自动伺服系统的优越性。

6.H型钢支撑标准件强度高、刚度大、不易变形，局部形变易于修复，属于多次重复使用构件，根据技术发达国家的研究成果和使用经验，其重复使用年限可长达20~30年。

7.采用装配式钢栈桥体系，其栈桥板以特种H型钢为主材，通过工厂的拼接加工成型，具有外形尺寸模数化、承载能力标准化、安装简单高效、质量可靠、循环使用、节能减排、节约投资等优点，解决了传统钢筋混凝土栈桥的施工造价高、工期长、使用时间短、不可重复利用、拆除后会产生大量的废弃混凝土垃圾等各种弊病。

8.装配式H型钢支撑经济效益良好。国内外实际工程的使用情况表明，与传统的钢筋混凝土支撑相比，装配式H型钢支撑可节约投资约20~30%。

三、结论

综上所述，装配式H型钢支撑具有仓储物流占地少、堆放稳定、装卸便携、施工周期短、可重复利用、综合效益良好、绿色无污染等优点，符合国家倡导的节能高效、绿色环保的建筑业发展理念，非常值得广泛推广应用。目前，装配式H型钢支撑在国内属于一种新型的内支撑结构类型，基本上是按照技术先进国家的设计理念和工程经验在实际工程中应用，尚无统一的国家行业标准。由于基坑工程的复杂性和不确定性，装配式H型钢支撑的应用还存在着设计计算理论不完善、工程经验不足、施工技术达不到国际先进水平等问题，为此，应当根据国内基坑工程实际情况，充分吸取国内外实践经验，辅以理论和试验研究，完善设计理念和计算模式，使装配式H型钢支撑在基坑支护中的应用做到技术先进、安全适用、经济合理、保证质量，争取尽快达到国际先进水平和完全替代传统的钢筋混凝土支撑。

参考文献：

1.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011北京中国建筑工业出版社2011

2.《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012北京中国建筑工业出版社2012

3.《钢结构设计手册》第三版汪一骏、顾泰昌等北京中国建筑工业出版社2004

4.《深基坑与边坡支护设计施工经验录》徐至均等同济大学出版社2011