钢支撑在深基坑支护应用中的关键技术

张洪宇，孙洪阳

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300000）

1 引言

近年来，地下工程建设数量逐渐增加，常遇到深厚基础的地下结构、复杂的地质条件以及特殊的地理位置等情况，给工程建设增加了难度，并且出现了很多与基础开挖和支撑有关的岩土工程问题。由于各岩土层结构变化的复杂性以及不完善的方案设计和施工管理，在深基坑施工中可能会发生安全事故，从而造成巨大的经济损失和对社会的负面影响。因此，对深基坑的支护技术进行研究已成为工程学的热点，是建筑行业十分关注的问题。

2 深基坑开挖对周围环境的影响

应详细查明施工区域内的地下、地上障碍物。对位于基坑、管沟内的管线和相距较近的地上、地下障碍物已按拆、改或加固方案处理完毕。因此，为了满足技术要求，保证基坑开挖的安全性和稳定性，通过利用支撑件来平衡活动土的压力。

根据给定的控制坐标和水准点，按建筑物总平面要求，引测到现场。在工程施工区域设置测量控制网，包括控制基线、轴线和水平基准点；做好轴线控制测量的校核。夜间施工时，应有足够的照明设施；在危险地段应设置明显标志，并要合理安排开挖顺序，防止错挖或超挖。施工机械进入现场所经过的道路、桥梁和卸车设施等，应事先经过检查，必要时要做好加固或加宽等准备工作。在机械无法作业的部位，修整边坡坡度以及清理槽底等均应配备人工进行。当开挖深度范围内遇有地下水时，应根据当地工程地质资料采取措施降低地下水位。一般应降至开挖面以下0.5m，然后才能进行土方开挖。做好施工场地防洪排水工作，全面规划场地，平整各部分的标高，保证施工场地排水通畅不积水，场地周围设置必要的截水沟、排水沟[1]。

3 钢支撑在基坑支护中应用的优势和劣势

钢支架具有以下优点：可以直接平衡压力，结构简单，加工过程平稳、韧性好、安全性高，且可以有效控制基坑变形。适用于各种土层和深基坑，特别适用于基坑大且开挖深的复杂土壤和各种松散土壤区域。缺点：基坑内部不利于大型机械开挖，施工时间长。

4 深基坑钢支撑的基本技术措施

4.1 边坡边缘支撑

当坡道路面强度偏低时，路面土层应填筑适当厚度的碎石或渣土；挖土机械所占土层当处于饱和状态时，应当填筑适用厚度的碎石或渣土，以免施工机械出现塌陷。根据土方和基础工程规模、工期长短、施工人员安排等修建简易的临时性生产和生活设施，同时，敷设现场供水、供电、供压缩空气(爆破石方用)管线路，并进行试水、试电、试气。基坑边缘堆置土方或建筑材料，或沿挖方边缘移动运输工具和机械，一般应距基坑上部边缘不少于2m，弃土堆置高度应不超过1．5m。重物距边坡距离：汽车不小于3m，起重机不小于4m。

4.2 终止钢铁支撑和基本技术措施

根据用途的不同，钢支架的端部分为固定端和活动端。通常可移动的一端用20mm的钢板焊接到支架的一端，并直接放在围堰的货盘上，固定端是施加预应力的一端。一种是在施加预应力后使用活动梁支架，另一种是使用I型梁支架处理，I型梁模板采用钢模，砂运输采用手推运输，振捣主要采用附着式振捣器。并且在施加预应力后，将其焊接到钢围堰板上。

带有活动楔形物的固定模板的末端笨重，不适用于深基坑施工中。控制接头的长度时，钢支撑连接的长度受到限制，必须切割或添加支撑钢管。将I型钢焊接到钢围堰板的固定端是上一个端部的简化版本。它轻巧且易于安装，在改变钢支架的长度和加工方面具有一定优势。

4.3 钢支撑的连接模式

将钢管与配件进行焊接连接。连接钢管表面被切成45°角，以确保焊接质量。在焊接法兰盘之前，需要进行平整度检查。焊接完法兰盘后，将焊接加劲肋板，加劲肋板由20mm的三角形钢板组成，以连接钢支架和法兰盘。2个钢制支架的连接必须用螺栓固定在法兰盘上，并且弹簧垫圈必须用在螺栓上。连接后及时检查钢支架的轴，看支架是否笔直，如果不是直的，则可以通过在法兰盘上添加不同厚度的薄钢板来进行调整。钢支撑应采用两点吊装，吊点一般在离端部0.2L（L为支撑长度）左右为宜。高品质开模器钢支撑采用2台100t的千斤顶施加预加力。按设计要求，分级施加支撑预加力，一次预加力不小于设计值的40%，然后按20%设计值逐级增加支撑预加力。

4.4 对钢支撑施加轴力

施加轴力时要遵循循序渐进、不断施加的方法，不能一步到位防止应力损失。同时，在用千斤顶施加预应力时，必须大于设计预加轴力。千斤顶施加轴力后，在用钢楔进行锁定时，会有一定的应力损失，从而降低安全系数。因此，在加力初期就要施加一个大于预应力的轴力，以确保应力的保持。在实际操作中，要预先施加一个预应力，钢楔安装到位后，要对轴力进行测算，以便监测出施工期间预应力的损失量，进行多次试验后，方可测算出预应力总损失量，为后期钢支撑轴力施加提供参考。

4.5 检查预应力

在施加压力之前，必须检查气瓶和压力表，以确保气瓶入口和出口之间的连接正确，并且已连接到相应的压力表。当气瓶与压力计不兼容时，严禁施加压力。圆柱体的位置必须相对于管壁轴线对称，并确保圆柱体承受水平应力。

在加压过程中，任何人员都不得面对千斤顶的正面，并且应由专人观察施加在加压元件上的力。如果出现异常现象，则必须立即停止加压。当确定压力元件已损坏且无法使用时，应及时更换备件。

当压力达到要求时，必须及时驱动钢板或移动楔形物，并且不能留下任何空间。然后可以将其排出进行焊接。必须严格按照相关设计流程进行焊接，并且不得有泄漏焊接的地方。施加压力后，必须立即将钢管配件报告上交设计单位进行改进。

5 施工要点及变形

为了保证围护结构的质量，该结构强调以下4点：（1）钢板桩采用筛子和阶梯式结构，每一步打入大约30～40cm的钢板桩中。（2）注射压力，提升速度。（3）土方工程需要分区和分层，并与钢支撑参数紧密配合。首先，在钢板桩附近的土壤开挖后的24h内安装支架，并施加预应力。（4）严格控制降水量的增长，以保持水位在最佳状态。在基坑开挖期间，金属板桩的最大变形基本控制在开挖深度的6%，即最大变形为5～6cm。支架的最大轴向力为4 340kN，接近理论最大轴向力4 045kN。基坑周围的道路管线和住宅建筑物的沉降和移动应控制在允许范围内。

6 结语

在地下工程项目的建设过程中，深基坑被广泛使用。如果方案选择不合理，施工控制不严格，可能会发生流沙、地基隆起甚至滑坡等事故。在实际应用过程中，基坑支护与开挖方法很多，建设企业在选择和应用施工方法上存在一定的缺陷或不足。因此，需要及时进行总结和分析，以开发出更高效、更先进的防塌技术和设备，并努力消除深坑基支护问题在公路建设中影响。