預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐在深基坑開挖支護中的應(yīng)用探索

【摘要】近年來，建筑工程數(shù)量及建筑物的密集度正在不斷攀升，為滿足日益提高的周邊環(huán)境、基坑性質(zhì)及地質(zhì)條件要求，基坑開挖支護方案層出不窮，主要包括地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁以及人工挖孔灌注樁等，有效保障基坑的穩(wěn)定性，在實踐工作中發(fā)現(xiàn)在內(nèi)支撐中施加預(yù)應(yīng)力，能夠更好的提升支護效果，工后監(jiān)測效果理想。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；深基坑支護；工程

深基坑開挖時為降低樁墻側(cè)向位移和壓力，避免基坑較大變形，通常在工程中應(yīng)用支撐式支護結(jié)構(gòu)。設(shè)置支撐后應(yīng)用千斤頂?shù)燃虞d辦法施加軸向力，實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力支撐，從而降低圍檁間的間隔、消除鋼支撐以及土體剪應(yīng)力，并且增強基坑邊坡穩(wěn)定性、控制基坑變形以及改善墻體受理條件。特別是軟土層，在一定深度的開挖后要予以預(yù)應(yīng)力施加和支撐，從而降低流變效應(yīng)和土體塑性變形。

一、深基坑開挖支護特點

深基坑開挖支護屬于臨時性的結(jié)構(gòu)，具備較小的安全儲備以及極大的風(fēng)險，一般在地下工程結(jié)束后便予以拆除，不再應(yīng)用。內(nèi)容主要包括土方開挖及支護體系施工，屬于綜合性非常高的系統(tǒng)工程，其次，還具備較高的環(huán)境效應(yīng)和時空效應(yīng)。在不同的地基基坑中施工差異十分明顯，相同城市不同區(qū)域也有明顯差異，相鄰建筑物是深基坑開挖支護的重點區(qū)域。

深基坑土方開挖過程中，必須要滿足如下條件：檢測數(shù)據(jù)合格、基坑降水符合預(yù)定標(biāo)高、支撐結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)符合設(shè)計強度，隨后方可準(zhǔn)予施工。開挖土方要循序漸進并且均勻開挖，一般情況下需要沿軸線由中向兩側(cè)開挖。于圍護結(jié)構(gòu)邊側(cè)進行集水井與排水溝的布置，抽排明水。當(dāng)深基坑土方開挖滿足設(shè)計標(biāo)高后則開始建筑混凝土墊層，從而平衡基底隆起變形，為深基坑營造底層支撐，并且降低圍護結(jié)構(gòu)變形速度。

從一定程度上來說，支撐結(jié)構(gòu)是深基坑開挖安全保障、控制基坑位移和收斂的有效途徑，支撐施工過程中對各個工序予以嚴格檢測，尤其是混凝土施工質(zhì)量、鋼材制作安裝，直至支撐、冠梁的強度達到100%后才可以進行基坑挖開工作。

二、預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的作用及影響因素

1.預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的作用

隨著市政工程的繁榮，基坑逐漸向著大、深的方向發(fā)展，當(dāng)基坑的深度達到一定的程度，其內(nèi)支撐剛度將會成次方的下降，且溫度影響十分明顯，目前常見的混凝土支撐和鋼支撐均難以滿足基坑水平位移的控制標(biāo)準(zhǔn)。但是，大量的工程實踐表明，預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐能夠有效控制這種深基坑的水平位移，是當(dāng)前深基坑開挖中的最佳內(nèi)支撐辦法。在預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)注意以下兩方面：（1）開挖土方前，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力充分激發(fā)坑壁外的被動土壓力，從而有效降低位移作用；（2）考慮支撐支柱對支撐側(cè)向彈性約束，那么可以忽略強度削減以及整體穩(wěn)定驗算。

2.預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的影響因素

（1）開挖因素

內(nèi)支撐影響因素中開挖因素是最主要的因素，在參考國內(nèi)外先進研究成果和參考文獻中發(fā)現(xiàn)，深基坑開挖過程中，圍護結(jié)構(gòu)支撐暴露時間和開挖空間尺度與土體位移存在一定的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)深基坑開挖時的時空效應(yīng)，則可以以此為依據(jù)更好的控制土體位移。

（2）預(yù)應(yīng)力施加大小因素

預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐中通常應(yīng)用鋼材，主要由于鋼支撐自重較輕且便于裝拆，能夠降低圍護墻因土體蠕變和支撐時間長導(dǎo)致的變形；鋼支撐屬于工具式結(jié)構(gòu)，可以重復(fù)應(yīng)用；便于控制鋼管內(nèi)支撐的施工質(zhì)量，且沒有地層限制，對于各種條件的基坑工程均適用。鋼支撐從各個方面與混凝土對比具有較高的優(yōu)越性。因此在各種深基坑開挖支護結(jié)構(gòu)中得以廣泛應(yīng)用。與混凝土相比而言最大的優(yōu)勢便在于預(yù)應(yīng)力的施加，但是混凝土只有在壓縮變形到一定程度后方可彰顯截面抗力能力，其次，這種支撐壓縮變形不利于環(huán)境環(huán)保。

三、預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐在深基坑開挖支護中應(yīng)用實例論證

某人防工程地下兩層，戰(zhàn)時為甲類人防物資庫，完成地下建筑物施工后，于上方建設(shè)城市道路，工程總寬度為64.5m，總長度為341.00m，東西兩側(cè)均為高層建筑物，各自高度為84m和51m，在其高層中間動工人防工程。當(dāng)基坑開挖直至一定深度后，緊鄰兩側(cè)建筑物，且距離不足10m，已不能正常應(yīng)用放坡施工。如果單獨應(yīng)用地下連續(xù)墻，則不能符合土體側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)用錨索加固，因高層建筑物基礎(chǔ)影響，并不能進行錨索施工，因此為了保證周邊高層建筑的穩(wěn)定性及安全性，確保工程順利進行，應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐加固、地下連續(xù)墻支護的方式予以深基坑開挖。

圖1

如圖1，挖深1m后于0.5m處設(shè)置第一道支撐，分層次施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力達到150kN/m（為了更加充分的激發(fā)被動土壓力，預(yù)應(yīng)力值設(shè)定為承受土壓力值的0.8-1.1倍），圖中，圍護樁變形用實線表示，位移大小用橫坐標(biāo)數(shù)字表示（mm），不難看出，預(yù)應(yīng)力施加后，圍護樁發(fā)生變形，因為變形向坑外發(fā)展，所以150kN/m預(yù)應(yīng)力僅能向上推出不足10mm。圖中被動土壓力變化用虛線表示（kN/m），施加支撐預(yù)應(yīng)力后，土體生成被動土壓力，且峰值達到22kN/m，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐，因鋼支撐的剛度較低，所以支撐壓縮量高于100mm。此支撐變形壓縮主要在預(yù)應(yīng)力施加時完成的，并且被千斤頂活塞伸長和應(yīng)力裝置消化，所以累計水平位移并無影響。

在4.5m挖深處設(shè)置第二道支撐，預(yù)應(yīng)力施加250kN/m。9m坑深狀況，基坑壁位移均控制在20mm以內(nèi)。其中，第一道支撐壓力變化為155kN/m-148kN/m，第二道支撐為250kN/m-272kN/m，總體變化不滿10%。

由此可見，為基坑內(nèi)支撐施加合理的預(yù)應(yīng)力，能夠有效控制樁后土體沉降以及支護結(jié)構(gòu)的位移，從而確?；臃€(wěn)定，避免基坑變形。并且預(yù)應(yīng)力相同的條件下，施加在第一道支撐的樁后土體沉降與支護位移控制效果明顯優(yōu)于第二道支撐施加。

預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐能夠有效降低支護結(jié)構(gòu)和土方位移，最主要的原因便是預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐能夠抵消壓力，并且消除土體機具的剪應(yīng)力，當(dāng)然預(yù)應(yīng)力值要控制在合理的范圍內(nèi)，例如Tsui和Clough便提出過大的預(yù)應(yīng)力對基坑開挖支護的效果作用不明顯，主要由于過大的預(yù)應(yīng)力可能會致使支護結(jié)構(gòu)外位移，從而對地下管線及周邊建筑造成破壞，在實際應(yīng)用中應(yīng)予以注意。

總結(jié)：

總而言之，在深基坑開挖支護過程中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐，能夠有效控制樁后土體沉降以及支護結(jié)構(gòu)的位移，有效提高基坑邊坡穩(wěn)定性、控制基坑變形以及改善墻體受理條件，值得廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻：

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[2]李旭強.談大型預(yù)應(yīng)力鋼支撐在深基坑支護工程的應(yīng)用[J].山西建筑，2014（23）：103-104.