鱼腹梁式钢支撑在基坑工程中的应用情况

连秀艳 张靖超

(1.上海强劲地基工程股份有限公司，上海 200233;2.天津华兴勘察设计有限公司，天津 300241)

0 引言

围护结构的设计，不仅关系到基坑开挖及周边保护建(构)筑物的安全，而且直接影响着土方开挖以及地下结构施工等施工成本。鉴于环保经济的要求，最近几年有一种新型的支护方式——鱼腹梁式钢支撑，为基坑土方开挖提供开阔的空间，并且安装拆除方便，可以回收利用等，以其独特的优点逐渐替代传统的混凝土支撑。以湖州某基坑为实例，分析鱼腹梁式钢支撑在基坑工程中的应用。

1 鱼腹梁钢支撑

1.1 鱼腹梁钢支撑组成构件

通过对鱼腹梁弦上的钢绞线施加预应力，形成了大跨度的围檩结构，经与角撑、对撑和三角形连接点组合，形成一个平面预应力支撑系统。它由鱼腹梁围檩、钢绞线、三角形接点、预压顶紧装置、角撑、对撑、立柱、牛腿等部件组成。

1.2 鱼腹梁钢支撑的优点

1)鱼腹梁钢支撑的型钢构件之间全部采用螺栓连接，支撑的安装和拆除都很方便，噪声低、对环境影响较小，而且大部分型钢构件都可在拆除后重复利用，大大降低工程成本。

2)装配式支撑与排桩形成共同空间受力体系，施工操作面大，便于土方开挖。

3)装配式钢支撑施加预应力，有利于控制变形，而且预应力装配式支撑围护结构的破坏模式为延性破坏。因此在基坑开挖时能够确保充分的时间针对可能发生的过大土压或异常土压采取有效而及时的措施。

2 工程实例

2.1 工程概况

该工程建筑物主要包括1幢10层和1幢25层楼房，项目总建筑面积42 099m2。设1层地下室，基坑长约150m，宽约45m，周长约383 m，面积约6 525 m2，基坑开挖深度为7.50 m ～7.90 m。

2.2 工程地质条件

拟建场地位于湖州经济技术开发区西南分区，从地貌上看为冲洪积平原，地形较平坦。交通便利，周边环境条件良好。

根据勘察报告，基坑影响范围内的各土层的物理性指标如表1所示。

根据勘察报告，基坑影响范围内地下水主要为上层滞水及孔隙潜水，地下水位高程在1.68 m～2.66 m之间，地下水主要接受大气降水补给，水位随季节、气候变化而变化，地下水的年变化幅度在0.50 m ～1.50 m之间。

表1 岩土的物理力学性质指标

2.3 基坑围护形式

2.3.1 基坑竖向围护

采用φ850@600SMW工法桩，内插H700×300×13×24型钢，型钢间距1.2 m(插一隔一的形式)，插入坑底以下5.5 m。

2.3.2 基坑水平支撑

基坑内支撑采用鱼腹梁结合对撑、角撑的形式，为土方开挖提供可开阔的空间。

2.4 基坑土压力计算

2.4.1 计算条件和内容

土的C，φ值均采用勘察报告提供的指标，土层参数详见表1。围护墙变形、内力计算和各项稳定验算采用同济启明星深基坑支护分析与计算软件FRWS7.2进行计算。计算内容主要有:整体稳定性验算;坑底、墙底抗隆起验算;抗倾覆(踢脚)验算;围护结构变形与内力计算;抗渗流计算。

地面超载按实际情况考虑，周边无建筑物或场堆处，取20 kPa，地下水位按地表下0.5 m。

2.4.2 计算结果

基坑剖面计算结果见图1，表2。

图1 基坑剖面软件计算结果

表2 基坑剖面计算结果

2.4.3 结果分析

1)根据表2中的计算结果，结合浙江省标准DB33/T 1008-2000建筑基坑工程技术规程，本基坑剖面计算满足规范要求。

2)竖向围护的最大弯矩在坑底以上约1.5 m处，弯矩标准值为485 kN·m，型钢H700×300×12×14，采取插一隔一的形式，间距为1.2 m。

2.5 鱼腹梁构件计算

整个基坑的稳定是依靠整个支撑体系的稳定，整个支撑体系的稳定关系到每个构件的强度及稳定性。以37 m长鱼腹梁围檩的强度及稳定性为例进行验算。

2.5.1 强度验算

2.5.2 稳定性验算

其中，N为所计算构件段范围内的轴心压力;N′Ex为参数，N′Ex=π2EA/(1.1λ2

x);φx为弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数;Mx为所计算构件范围内的最大弯矩;WLX为在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量;βmx，βty均为等效弯矩系数。

2.5.3 计算结果分析

通过对构件的强度及稳定性验算，支撑内部的各构件的强度及稳定性是满足规范要求，满足基坑安全需要的。

2.6 支撑体系整体计算

2.6.1 计算软件及计算结果

本工程整体计算采用MIDAS/GTS4.0软件，计算结果如图2所示。

图2 基坑支撑体系整体计算结果

2.6.2 计算结果分析

1)整体计算最大位移为28.57 mm，满足规范要求。

2)本基坑根据整体计算内力，配置型钢围檩，通过计算需两根H400×400×13×24的型钢。计算如下:

计算结果表明，围檩的组合应力满足规范要求。

2.7 监测结果

为确保支护结构的安全，有效的控制水平位移，在基坑施工及使用期间对基坑支护结构进行了水平位移监测。监测曲线图如图3所示。

图3 水平位移监测结果

从图3中看出，基坑深度范围内最大水平位移发生在坑底附近，与图1剖面计算结果中位移包络图接近，且监测水平位移满足规范要求，体现了鱼腹梁内支撑通过控制位移，保证了基坑的安全。

3 结语

1)鱼腹梁式钢支撑在基坑围护中的利用，体现了绿色环保经济的要求。

2)鱼腹梁式钢支撑构件的强度和稳定性验算，以及整个体系的整体计算，均能满足规范要求，保证基坑开挖的安全性。

3)基坑监测数据表明，基坑的水平位移在规范允许范围之内，达到了鱼腹梁通过施加预应力控制位移的效果。

4)基坑开挖过程中，开阔的开挖空间，极大的方便了土方的挖运，在预计工期之前完成了土方的挖运工作。

［1］DB33/T 1008-2000，建筑基坑工程技术规程［S］.

［2］GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［3］GB 50497-2009，建筑基坑工程监测技术规范［S］.

［4］《工程地质手册》编写组.工程地质手册［M］.第4版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［5］龚晓南.深基坑工程设计施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1998.

［6］杨俊伟.深基坑工程中的变形问题研究［M］.南京:东南大学出版社，1999.