四拼新型H型钢支撑的效果分析

中国建筑第八工程局有限公司工程研究院，上海 200122

基坑工程常采用钢筋混凝土支撑，但拆除后会形成建筑垃圾，虽然有部分企业尝试将其资源再利用，但是效率不高、成本较大，建筑垃圾的产生量远大于其再利用量。同时，混凝土支撑在拆除的过程中会产生噪声、振动和粉尘污染等问题，常遭到工程项目周边居民的投诉。在基坑工程领域，由于钢支撑具有可重复利用、工期短等特点，渐渐得到广泛应用，新型H型钢支撑便是其中一类。目前，新型H型钢支撑的国内应用主要以双拼新型H型钢支撑为主，一般每组支撑中心间距在15m左右，可以满足大部分基坑工程的施工要求，且工期、造价等各方面均具有较好的效益。但是，对于一些施工空间要求较大的工程，双拼新型H型钢支撑较难满足要求，这类基坑大部分仍采用混凝土支撑进行施工。为了满足这部分基坑的需求，选用大间距的新型H型钢支撑的设计方案后，还能否保持原有双拼新型H型钢支撑的效益优势，需要开展进一步的应用研究。

1 工程概况

郑州某项目基坑平面形状类似矩形，长约248m，宽约84m，为地下三层的停车库。基坑四周为临时道路，除了西侧临时道路的另一侧为荒地，其他临时道路另一侧均为同时施工的其他基坑，各基坑边与该项目基坑上边线间距为26～34m。北侧、东侧临时道路下为已建成地下通道，南侧临时道路下为运营中的地铁区间隧道，隧道外沿距基坑上边线最近约11m。结合地下一层结构情况，基坑南侧顶部采用1∶0.8放坡开挖2m后设置1000@1200mm长14.45m灌注桩，灌注桩北侧16m处设置长34.5m、厚800mm的地下连续墙作为地下二三层基坑的围护，灌注桩顶与地下连续墙顶标高相差4.55m，如图1所示。其他三边均采用直接放坡到地下连续墙顶，再由长34.5m、厚800mm的地下连续墙作为第二、三层基坑的围护。地下连续墙范围内开挖深度为10.6m。勘察期间地下水埋深8m，土层参数如表1所示。

图1 基坑南侧剖面图（单位：mm）

表1 土层参数

2 支撑方案

（1）原支撑方案。原设计采用地下连续墙+一道混凝土支撑的方案，由4组双拼的混凝土对撑和4组角撑组成，对撑间中心距为48m，净间距为40m。主撑采用1200mm×800mm尺寸，其他连杆均采用1000mm×800mm。

（2）钢支撑方案。从保护南侧临近地铁区间线路出发，尽量缩短基坑暴露时间，提高主动控制周边环境变形的能力，将原本的混凝土支撑变更为新型H型钢支撑。为尽量保证大空间施工，经过对双拼、三拼和四拼的新型H型钢支撑的布置、受力和变形分析后发现，四拼支撑可较好地兼顾净距、受力和变形的控制。最终选用6组四拼对撑+4角部双拼角撑的支撑方案，型钢型号为H400mm×400mm×13mm×21mm，如图2所示。

（3）施工顺序。基坑南部两个角均为直角，可从任意边开始施工，兼顾对撑的施工顺序，最终按由南向西的施工顺序进行，并将千斤顶设置于南端。由于北侧两个角北边倾斜，因此从西侧和东侧分别向北侧进行施工，千斤顶设置于西端、东端。拼装前应对每根支撑的安装位置进行测量放线，并与支撑设计长度进行比较，确认无误后按设计方案中给定的千斤顶预顶行程设置千斤顶。待支撑安装完毕后，支撑与围檩间较小间隙用要求强度的细石混凝土填实。

3 效果分析

为分析四拼新型H型钢的应用效果，对其各方面与双拼型钢的效果进行对比分析。

（1）轴力检测结果。施加预加轴力前，在从西往东的第二组对称上，每根支撑的腹板处安装了振弦式传感器，以监测支撑轴力情况。轴力监测结果如图3所示，根据监测结果可发现，第一次预加轴力施加超过24h后，轴力损失约为30%～50%，进行轴力补偿后，轴力基本不再损失，可保持稳定，表明轴力补偿过程是很有必要的，与双拼新型H型钢支撑的实践经验相符。随着支撑临近区域基坑开挖，轴力不断上升，最终稳定在一个区间，对撑轴力监测结果偏大，这是由于施加预加轴力在4月，开挖完成结果为6月，气温有较大提升，从而对支撑轴力产生影响。外侧支撑轴力损失小于中部支撑，这是因为外部支撑直接与八字撑相连，受其传力影响，轴力损失较小。外侧支撑轴力略大于中部支撑轴力，同样是因为八字撑影响，承受了各组支撑间的土压力，同时每组钢支撑内部受到自身变形协调影响后，导致出现外侧支撑略大于中部支撑的情况。

图3 对撑轴力监测图（单位：cm）

通过监测结果发现，四拼新型H型钢支撑的设计方案中，每组四根支撑的轴力基本相等，保证了同组支撑受力的均匀性，避免了支撑间连杆受剪，从而保证了体系的受力安全。这表明四拼支撑可以像双拼支撑一样，保证体系的受力合理，可成功应用于类似的基坑工程中。

（2）施工空间。大部分双拼支撑的间距一般为12～15m，净间距为10～12m。四拼支撑的水平中心间距为29m，净间距为19m。四拼支撑实现了大净距的支撑布置，为多机械同时施工提供了作业面。

（3）社会效益。原设计方案需用约2400m3的混凝土，四拼新型H型钢支撑的用钢量为1164t，与双拼新型H型钢支撑相同，1t用钢量可节省2～3m3的混凝土，即使用四拼新型H型钢支撑减少了至少2400m3的建筑垃圾排放，具有显著的社会效益。

（4）工期和成本。根据项目的测算，与原方案相比最终节省工期3个月，节省成本约13.6%，与双拼新型H型钢支撑的效果相近。

4 结论

通过四拼新型H型钢支撑的工程应用效果分析可以得出以下结论：

（1）四拼新型H型钢支撑受力均匀合理，适合用作基坑工程的内支撑。

（2）四拼新型H型钢支撑可实现大间距和大净距的要求，可满足工程项目对施工空间的特殊需求。

（3）四拼新型H型钢支撑具有与双拼新型H型钢支撑相同的社会、工期和成本效益，可大幅度减少基坑工程产生的建筑垃圾、缩短工期和降低成本。