预应力内支撑在深基坑开挖支护中的应用探索

文/吴永男﹑崔振松 中国二十冶集团有限公司 上海 226000

预应力内支撑在深基坑开挖支护中的应用探索

文/吴永男﹑崔振松 中国二十冶集团有限公司 上海 226000

近年来，建筑工程数量及建筑物的密集度正在不断攀升，为满足日益提高的周边环境﹑基坑性质及地质条件要求，基坑开挖支护方案层出不穷，主要包括地下连续墙﹑钻孔灌注桩以及人工挖孔灌注桩等，有效保障基坑的稳定性，在实践工作中发现在内支撑中施加预应力，能够更好的提升支护效果，工后监测效果理想。

预应力；深基坑支护；工程

深基坑开挖时为降低桩墙侧向位移和压力，避免基坑较大变形，通常在工程中应用支撑式支护结构。设置支撑后应用千斤顶等加载办法施加轴向力，实现预应力支撑，从而降低围檩间的间隔﹑消除钢支撑以及土体剪应力，并且增强基坑边坡稳定性﹑控制基坑变形以及改善墙体受理条件。特别是软土层，在一定深度的开挖后要予以预应力施加和支撑，从而降低流变效应和土体塑性变形。

一、深基坑开挖支护特点

深基坑开挖支护属于临时性的结构，具备较小的安全储备以及极大的风险，一般在地下工程结束后便予以拆除，不再应用。内容主要包括土方开挖及支护体系施工，属于综合性非常高的系统工程，其次，还具备较高的环境效应和时空效应。在不同的地基基坑中施工差异十分明显，相同城市不同区域也有明显差异，相邻建筑物是深基坑开挖支护的重点区域。

深基坑土方开挖过程中，必须要满足如下条件：检测数据合格﹑基坑降水符合预定标高﹑支撑结构和围护结构符合设计强度，随后方可准予施工。开挖土方要循序渐进并且均匀开挖，一般情况下需要沿轴线由中向两侧开挖。于围护结构边侧进行集水井与排水沟的布置，抽排明水。当深基坑土方开挖满足设计标高后则开始建筑混凝土垫层，从而平衡基底隆起变形，为深基坑营造底层支撑，并且降低围护结构变形速度。

从一定程度上来说，支撑结构是深基坑开挖安全保障﹑控制基坑位移和收敛的有效途径，支撑施工过程中对各个工序予以严格检测，尤其是混凝土施工质量﹑钢材制作安装，直至支撑﹑冠梁的强度达到100%后才可以进行基坑挖开工作。

二、预应力内支撑的作用及影响因素

1.预应力内支撑的作用

随着市政工程的繁荣，基坑逐渐向着大﹑深的方向发展，当基坑的深度达到一定的程度，其内支撑刚度将会成次方的下降，且温度影响十分明显，目前常见的混凝土支撑和钢支撑均难以满足基坑水平位移的控制标准。但是，大量的工程实践表明，预应力内支撑能够有效控制这种深基坑的水平位移，是当前深基坑开挖中的最佳内支撑办法。在预应力内支撑的应用过程中，应当注意以下两方面：（1）开挖土方前，应用预应力充分激发坑壁外的被动土压力，从而有效降低位移作用；（2）考虑支撑支柱对支撑侧向弹性约束，那么可以忽略强度削减以及整体稳定验算。

2.预应力内支撑的影响因素

（1）开挖因素

内支撑影响因素中开挖因素是最主要的因素，在参考国内外先进研究成果和参考文献中发现，深基坑开挖过程中，围护结构支撑暴露时间和开挖空间尺度与土体位移存在一定的关联性。根据深基坑开挖时的时空效应，则可以以此为依据更好的控制土体位移。

（2）预应力施加大小因素

预应力内支撑中通常应用钢材，主要由于钢支撑自重较轻且便于装拆，能够降低围护墙因土体蠕变和支撑时间长导致的变形；钢支撑属于工具式结构，可以重复应用；便于控制钢管内支撑的施工质量，且没有地层限制，对于各种条件的基坑工程均适用。钢支撑从各个方面与混凝土对比具有较高的优越性。因此在各种深基坑开挖支护结构中得以广泛应用。与混凝土相比而言最大的优势便在于预应力的施加，但是混凝土只有在压缩变形到一定程度后方可彰显截面抗力能力，其次，这种支撑压缩变形不利于环境环保。

三、预应力内支撑在深基坑开挖支护中应用实例论证

某人防工程地下两层，战时为甲类人防物资库，完成地下建筑物施工后，于上方建设城市道路，工程总宽度为64.5m，总长度为341.00m，东西两侧均为高层建筑物，各自高度为84m和51m，在其高层中间动工人防工程。当基坑开挖直至一定深度后，紧邻两侧建筑物，且距离不足10m，已不能正常应用放坡施工。如果单独应用地下连续墙，则不能符合土体侧压力标准，而应用锚索加固，因高层建筑物基础影响，并不能进行锚索施工，因此为了保证周边高层建筑的稳定性及安全性，确保工程顺利进行，应采用预应力内支撑加固﹑地下连续墙支护的方式予以深基坑开挖。

图1

如图1，挖深1m后于0.5m处设置第一道支撑，分层次施加预应力，预应力达到150kN/ m（为了更加充分的激发被动土压力，预应力值设定为承受土压力值的0.8-1.1倍），图中，围护桩变形用实线表示，位移大小用横坐标数字表示（mm），不难看出，预应力施加后，围护桩发生变形，因为变形向坑外发展，所以150kN/ m预应力仅能向上推出不足10mm。图中被动土压力变化用虚线表示（kN/m），施加支撑预应力后，土体生成被动土压力，且峰值达到22kN/ m，应用预应力内支撑，因钢支撑的刚度较低，所以支撑压缩量高于100mm。此支撑变形压缩主要在预应力施加时完成的，并且被千斤顶活塞伸长和应力装置消化，所以累计水平位移并无影响。

在4.5m挖深处设置第二道支撑，预应力施加250kN/m。9m坑深状况，基坑壁位移均控制在20mm以内。其中，第一道支撑压力变化为155kN/m-148kN/m，第二道支撑为250kN/ m-272kN/m，总体变化不满10%。

由此可见，为基坑内支撑施加合理的预应力，能够有效控制桩后土体沉降以及支护结构的位移，从而确保基坑稳定，避免基坑变形。并且预应力相同的条件下，施加在第一道支撑的桩后土体沉降与支护位移控制效果明显优于第二道支撑施加。

预应力内支撑能够有效降低支护结构和土方位移，最主要的原因便是预应力内支撑能够抵消压力，并且消除土体机具的剪应力，当然预应力值要控制在合理的范围内，例如Tsui和Clough便提出过大的预应力对基坑开挖支护的效果作用不明显，主要由于过大的预应力可能会致使支护结构外位移，从而对地下管线及周边建筑造成破坏，在实际应用中应予以注意。

总结：

总而言之，在深基坑开挖支护过程中，应用预应力内支撑，能够有效控制桩后土体沉降以及支护结构的位移，有效提高基坑边坡稳定性﹑控制基坑变形以及改善墙体受理条件，值得广泛推广应用。

[1]赵飞,杨闯.预应力管桩加内支撑技术在深基坑支护中的应用研究[J].科技风,2012(19):134-134.

[2]李旭强.谈大型预应力钢支撑在深基坑支护工程的应用[J].山西建筑,2014(23):103-104.