魚(yú)腹梁式鋼支撐在基坑工程中的應(yīng)用情況

連秀艷 張靖超

(1.上海強(qiáng)勁地基工程股份有限公司，上海 200233;2.天津華興勘察設(shè)計(jì)有限公司，天津 300241)

0 引言

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅關(guān)系到基坑開(kāi)挖及周邊保護(hù)建(構(gòu))筑物的安全，而且直接影響著土方開(kāi)挖以及地下結(jié)構(gòu)施工等施工成本。鑒于環(huán)保經(jīng)濟(jì)的要求，最近幾年有一種新型的支護(hù)方式——魚(yú)腹梁式鋼支撐，為基坑土方開(kāi)挖提供開(kāi)闊的空間，并且安裝拆除方便，可以回收利用等，以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)逐漸替代傳統(tǒng)的混凝土支撐。以湖州某基坑為實(shí)例，分析魚(yú)腹梁式鋼支撐在基坑工程中的應(yīng)用。

1 魚(yú)腹梁鋼支撐

1.1 魚(yú)腹梁鋼支撐組成構(gòu)件

通過(guò)對(duì)魚(yú)腹梁弦上的鋼絞線(xiàn)施加預(yù)應(yīng)力，形成了大跨度的圍檁結(jié)構(gòu)，經(jīng)與角撐、對(duì)撐和三角形連接點(diǎn)組合，形成一個(gè)平面預(yù)應(yīng)力支撐系統(tǒng)。它由魚(yú)腹梁圍檁、鋼絞線(xiàn)、三角形接點(diǎn)、預(yù)壓頂緊裝置、角撐、對(duì)撐、立柱、牛腿等部件組成。

1.2 魚(yú)腹梁鋼支撐的優(yōu)點(diǎn)

1)魚(yú)腹梁鋼支撐的型鋼構(gòu)件之間全部采用螺栓連接，支撐的安裝和拆除都很方便，噪聲低、對(duì)環(huán)境影響較小，而且大部分型鋼構(gòu)件都可在拆除后重復(fù)利用，大大降低工程成本。

2)裝配式支撐與排樁形成共同空間受力體系，施工操作面大，便于土方開(kāi)挖。

3)裝配式鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，有利于控制變形，而且預(yù)應(yīng)力裝配式支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞模式為延性破壞。因此在基坑開(kāi)挖時(shí)能夠確保充分的時(shí)間針對(duì)可能發(fā)生的過(guò)大土壓或異常土壓采取有效而及時(shí)的措施。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

該工程建筑物主要包括1幢10層和1幢25層樓房，項(xiàng)目總建筑面積42 099m2。設(shè)1層地下室，基坑長(zhǎng)約150m，寬約45m，周長(zhǎng)約383 m，面積約6 525 m2，基坑開(kāi)挖深度為7.50 m ～7.90 m。

2.2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地位于湖州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)西南分區(qū)，從地貌上看為沖洪積平原，地形較平坦。交通便利，周邊環(huán)境條件良好。

根據(jù)勘察報(bào)告，基坑影響范圍內(nèi)的各土層的物理性指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)勘察報(bào)告，基坑影響范圍內(nèi)地下水主要為上層滯水及孔隙潛水，地下水位高程在1.68 m～2.66 m之間，地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，水位隨季節(jié)、氣候變化而變化，地下水的年變化幅度在0.50 m ～1.50 m之間。

表1 巖土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2.3 基坑圍護(hù)形式

2.3.1 基坑豎向圍護(hù)

采用φ850@600SMW工法樁，內(nèi)插H700×300×13×24型鋼，型鋼間距1.2 m(插一隔一的形式)，插入坑底以下5.5 m。

2.3.2 基坑水平支撐

基坑內(nèi)支撐采用魚(yú)腹梁結(jié)合對(duì)撐、角撐的形式，為土方開(kāi)挖提供可開(kāi)闊的空間。

2.4 基坑土壓力計(jì)算

2.4.1 計(jì)算條件和內(nèi)容

土的C，φ值均采用勘察報(bào)告提供的指標(biāo)，土層參數(shù)詳見(jiàn)表1。圍護(hù)墻變形、內(nèi)力計(jì)算和各項(xiàng)穩(wěn)定驗(yàn)算采用同濟(jì)啟明星深基坑支護(hù)分析與計(jì)算軟件FRWS7.2進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容主要有:整體穩(wěn)定性驗(yàn)算;坑底、墻底抗隆起驗(yàn)算;抗傾覆(踢腳)驗(yàn)算;圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力計(jì)算;抗?jié)B流計(jì)算。

地面超載按實(shí)際情況考慮，周邊無(wú)建筑物或場(chǎng)堆處，取20 kPa，地下水位按地表下0.5 m。

2.4.2 計(jì)算結(jié)果

基坑剖面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1，表2。

圖1 基坑剖面軟件計(jì)算結(jié)果

表2 基坑剖面計(jì)算結(jié)果

2.4.3 結(jié)果分析

1)根據(jù)表2中的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合浙江省標(biāo)準(zhǔn)DB33/T 1008-2000建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程，本基坑剖面計(jì)算滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2)豎向圍護(hù)的最大彎矩在坑底以上約1.5 m處，彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為485 kN·m，型鋼H700×300×12×14，采取插一隔一的形式，間距為1.2 m。

2.5 魚(yú)腹梁構(gòu)件計(jì)算

整個(gè)基坑的穩(wěn)定是依靠整個(gè)支撐體系的穩(wěn)定，整個(gè)支撐體系的穩(wěn)定關(guān)系到每個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。以37 m長(zhǎng)魚(yú)腹梁圍檁的強(qiáng)度及穩(wěn)定性為例進(jìn)行驗(yàn)算。

2.5.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

2.5.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算

其中，N為所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力;N′Ex為參數(shù)，N′Ex=π2EA/(1.1λ2

x);φx為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù);Mx為所計(jì)算構(gòu)件范圍內(nèi)的最大彎矩;WLX為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的毛截面模量;βmx，βty均為等效彎矩系數(shù)。

2.5.3 計(jì)算結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算，支撐內(nèi)部的各構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性是滿(mǎn)足規(guī)范要求，滿(mǎn)足基坑安全需要的。

2.6 支撐體系整體計(jì)算

2.6.1 計(jì)算軟件及計(jì)算結(jié)果

本工程整體計(jì)算采用MIDAS/GTS4.0軟件，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 基坑支撐體系整體計(jì)算結(jié)果

2.6.2 計(jì)算結(jié)果分析

1)整體計(jì)算最大位移為28.57 mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2)本基坑根據(jù)整體計(jì)算內(nèi)力，配置型鋼圍檁，通過(guò)計(jì)算需兩根H400×400×13×24的型鋼。計(jì)算如下:

計(jì)算結(jié)果表明，圍檁的組合應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.7 監(jiān)測(cè)結(jié)果

為確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，有效的控制水平位移，在基坑施工及使用期間對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了水平位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖如圖3所示。

圖3 水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

從圖3中看出，基坑深度范圍內(nèi)最大水平位移發(fā)生在坑底附近，與圖1剖面計(jì)算結(jié)果中位移包絡(luò)圖接近，且監(jiān)測(cè)水平位移滿(mǎn)足規(guī)范要求，體現(xiàn)了魚(yú)腹梁內(nèi)支撐通過(guò)控制位移，保證了基坑的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

1)魚(yú)腹梁式鋼支撐在基坑圍護(hù)中的利用，體現(xiàn)了綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)的要求。

2)魚(yú)腹梁式鋼支撐構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，以及整個(gè)體系的整體計(jì)算，均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，保證基坑開(kāi)挖的安全性。

3)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，基坑的水平位移在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，達(dá)到了魚(yú)腹梁通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力控制位移的效果。

4)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)闊的開(kāi)挖空間，極大的方便了土方的挖運(yùn)，在預(yù)計(jì)工期之前完成了土方的挖運(yùn)工作。

［1］DB33/T 1008-2000，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB 50497-2009，建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.第4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［5］龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

［6］楊俊偉.深基坑工程中的變形問(wèn)題研究［M］.南京:東南大學(xué)出版社，1999.