鋼支撐體系結構——深基坑工程

國貿中心二期工程位于現國貿中心院內，地上39層，地下3 層，框架—剪力墻結構?；訓|西長約 256m，南北寬約 51m，開挖深度 18.6m?；怪車ㄖ锩芗?，南、北兩側相鄰建筑物距基坑邊約10m，現有建筑物基礎埋深僅有 8m 和15m，遠小干本基礎的深度，所以本基坑的支護結構體系必須保證周圍高大建筑物和施工過程的絕對安全。

本工程場區內土層自上而下依次為（1）填土，厚度3.1m;（2）砂質粉土，厚度6.2m;（3）粉砂，厚度1.6m;（4）細砂，厚度 2.8m;（5）圓礫，厚度 3.9m;（6）中砂，厚度1.6m;（7）砂質粉土，厚度2.8m。地下水位 15～25m。

1 基坑支護結構方案

根據本工程基坑條件和環境條件，經過技術經濟比較，提出了如下支護方案∶基坑四周采用鉆孔灌注樁作為圍護結構，基坑開挖深度設3層水平支撐;第1、2層為鋼支撐，第3層為預應力土層錨桿。 此方案解決了該場地的諸多制約條件， 可以確保鄰近建筑物的安全。

2 支護結構體系設計與計算2.1 支護結構體系

根據基坑內主體工程的功能要求、規模布局、地下結構幾何尺寸、結構特點、施工方法及基坑所處的環境、土層條件等，綜合考慮支護結構體系為;

（1）圍護結構∶采用φ800@1600的鉆孔灌注樁。

（2）內支撐系統∶在一2.5m 和—8m采用 2道橫向鋼支撐，中間設3個鋼立柱。

（3）外支撐系統∶在—14.5m設一道錨桿。

（4）在一2.5m 處設鋼筋混凝土帽梁;在一8m 處設型鋼腰梁，

2.2 錨桿設計

錨桿傾角25°～30°，孔徑 150mm，間距1.6m;錨桿采用低松弛預應力鋼絞線（ASTM A416）φ15.24（755）。

2.3 鋼支撐設計

鋼支撐的布置∶本工程在長約 256m、寬約 56m 的基坑中，每隔 8m 左右布1道橫撐，角部斜撐，在基坑寬度方向設3排立柱，在支撐與立柱交匯處設桿系（圖5-53）。支撐的計算模型∶本工程基坑長寬尺寸相差較大，其空間效應不太明顯，可以按平面受力分析，故每道鋼支撐可簡化為相互獨立的受壓桿件。因此在計算分析時，每層支撐和圈梁（腰梁）可簡化為平面封閉框架，即在平面框架周邊作用均布荷載;圈梁（腰梁）為封閉框架梁，支撐、

桿系為桿件單元，立柱處認為該處豎向位移為零。支撐與圈梁（腰梁）的節點為餃接，支撐與桿系之間的節點為剛接。利用結構分析通用程序SAP84進行內力分析，計算結果是∶上層鋼支撐最大軸力為1200kN，上層圈梁最大變形 22mm。下層鋼支撐最大軸力為3400kN，下層腰梁最大變形 15mm。截面的選擇;橫撐、斜撐∶1H488（首層），2H488（二層）;立柱∶1H488;腰梁∶2H488;桿系∶2【28a;八角撐∶2【36a、以上材料的選擇，考慮了利用施工單位現有鋼材。

3 關鍵技術措施

基坑支護結構由支護樁、鋼支撐及錨桿3部分組成。整個支撐體系的技術關鍵是鋼支撐體系。

3.1 鋼支撐的接長、對中

鋼支撐材料為日產工字鋼，每根18m，施工中每道支撐必須接長。如果采用焊接接長，現場施焊工作量大，焊接質量難以保證，并能產生殘余變形，而采用法蘭式連接（圖5-54）則克服了上述不足，且便于日后拆撐及材料的重復利用。該節點受力主要為軸心受壓，考慮允許偏心下弓起的彎矩。對承壓板、焊縫、螺

栓進行了強度驗算。該節點施工關鍵是;承壓板間要均勻接觸，支撐分段就位時中心要盡量保持一致。

3.2 橫撐、縱向桿系、臨時立柱連接的三維節點構造該節點（圖5-55）的作用是將橫撐、縱向桿系、臨時立柱連接成為整體。通過這個節點使各桿件協同工作，成為穩定的支撐體系。這個節點的受力特點是;橫撐、桿系、立柱的連接既有三向約束作用，又允許橫撐、桿系在各自軸線方向有變位。該節點既要保證傳力可靠，又要考慮各桿件的回收利用及現場安裝的可

操作性。本工程采用了以摩擦方式進行連接的U 型套箍螺栓連接。這個節點施工簡便、不損母材、易于調整。

3.3 桿系的接長采用螺栓連接

基坑長約 256m，桿系的溫度變形對橫撐的影響是不可忽視的。因此在設計中，桿系每 32m 設螺栓接頭。桿系與桿系間留20mm空隙，螺栓孔為橢圓孔。這樣，在桿系溫度變形的影響下，不會對橫撐穩定產生較大影響。

3.4 鋼支撐預加軸力的節點構造（圖 5-56）

因鋼支撐安裝就位后需施加預壓力，因此鋼支撐的一端應為可自由伸縮，稱之為"活節頭?；罟濐^主要由活節頭主體、滑桿、滑道和鋼楔塊 4部分組成。"活節頭主體與支撐相連，滑桿與圈梁（腰梁）相連，在預加壓力作用下，滑桿可以在滑道中自由移動?；罟濐^的傳力過程是∶千斤頂施力于活節頭主體，活節頭主體將力傳給支撐，支撐與圈梁（腰梁）頂緊后，楔入鋼楔塊。鋼楔塊將支撐的反力傳給滑桿。進而傳至圈梁（腰梁）。起到支撐的作用。

施工時必須保證，施加預壓力時 2 臺于斤頂同步，避免產生偏心荷載。

3.5 臨時立柱的嵌固

臨時立柱的嵌固深度為4m，其做法為;在地表鉆φ800孔置入H 型鋼立柱，然后注 4m 高素混凝土，則底部4m 形成型鋼混凝土樁，保證了鋼立柱的嵌固，避免了鋼支撐預加壓力時立柱上撥。

3.6 充分利用基坑開挖步驟對鋼支撐的有利影響

開挖時分層、分段∶從上至下分4層，每層從中間向兩側。沿縱向從西向東，各步驟交叉進行。其優點是。利用每層開挖的帶留時間和土層平臺施做鋼支撐（或錨桿）和預加壓力。利用每層先控中間保留兩側土體方法，控制基坑土體位移。每個步驟控制在 48h以內完成。

4 施工監測及測試

本工程施工監測及測試內容為∶護坡樁水平位移觀測、相鄰建筑物沉降觀測、支護結構臨近地面裂縫觀測、鋼支撐施加預壓力時側向撓度、鋼支撐側向撓度長期觀測、鋼支撐分級預壓力試驗、錨桿預拉力試驗、鋼支撐橫撐的軸力測試、桿系和斜撐的軸力測試、土體水平位移的檢測、錨桿受力檢測。

本工程已開挖至基底，主體工程已開始施工，到目前，護坡樁樁頂位移局部最大值為15mm，大部分樁頂位移在 10mm 左右。相鄰建筑物的沉降最大值為7mm，鋼支撐撓度在夏季溫度較高時最大值為10mm。其它監測都沒有發現異?，F象。工程的實踐結果證明，采用鋼支撐和土層錨桿相對結合的支撐體系安全、可靠，變形小，穩定性好，且便于安裝、拆除，鋼材可重復使用。