探究鋼支撐在深基坑支護(hù)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

許 飛

近年來我國地下工程建設(shè)的數(shù)量正在逐漸增加，常常在施工過程中會(huì)遇到深厚基礎(chǔ)的地下結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜地質(zhì)條件等特殊情況，這些特殊的地理位置將會(huì)給工程建設(shè)增加一定的難度，且在此過程中也會(huì)出現(xiàn)于基礎(chǔ)開挖和支撐工作有關(guān)的巖土工程問題。由于各巖土層結(jié)構(gòu)的變化具有較大的復(fù)雜性，且在施工過程中如果不完善方案設(shè)計(jì)以及管理工作將會(huì)造成一定的安全事故，從而給施工單位以及周邊居民帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也給社會(huì)產(chǎn)生不利的影響，因此對深基坑的支護(hù)技術(shù)進(jìn)一步進(jìn)行研究，已經(jīng)成為目前工程學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，也是建筑行業(yè)目前比較關(guān)注的問題。

1 深基坑開挖對周圍環(huán)境的影響

在進(jìn)行深基坑開挖之前，一定要詳細(xì)查明實(shí)際施工區(qū)域內(nèi)部的地上地下障礙物，且對附近的障礙物進(jìn)行拆除，在基坑管溝內(nèi)的管線進(jìn)行清理通過改裝或加固等方案進(jìn)行處理以后才能開始工作。為了進(jìn)一步滿足相關(guān)施工技術(shù)要求，保證基坑開挖工作的穩(wěn)定性與安全性，可以通過相應(yīng)的支撐件進(jìn)一步平衡活動(dòng)土承載的壓力。根據(jù)所給定的水準(zhǔn)點(diǎn)以及控制坐標(biāo)，按照建筑物設(shè)計(jì)過程中的總平面要求，可以進(jìn)行現(xiàn)場的引測，在工程的具體施工區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的測量控制網(wǎng)，測量控制網(wǎng)主要有控制基線、水平基準(zhǔn)點(diǎn)以及軸線組成，通過軸線進(jìn)一步控制測量工作，以便進(jìn)行校核。夜間施工過程中也要設(shè)置足夠的照明設(shè)備，在一些危險(xiǎn)的開挖地段也要設(shè)置比較明顯的標(biāo)志，通過合理的安排開挖順序，防止在施工過程中出現(xiàn)錯(cuò)挖以及超挖的現(xiàn)象。施工機(jī)械運(yùn)入現(xiàn)場時(shí)經(jīng)過的道路和橋梁一定要進(jìn)行檢查，卸載設(shè)備也要提前準(zhǔn)備并檢查，根據(jù)設(shè)備大小做好相應(yīng)的加固以及加寬等準(zhǔn)備工作。在一些工作區(qū)域內(nèi)無法使用大型機(jī)械開展工作，可以采用人工開展邊坡坡度的修整以及清理槽底等工作內(nèi)容。當(dāng)開挖的深度達(dá)到一定要求且遇到地下水時(shí)，可以根據(jù)工程的實(shí)際地質(zhì)資料采取一定的措施降低地下水位，一般開挖至地面以下0.5m以后才能實(shí)施土方開挖，嚴(yán)格做好施工現(xiàn)場的防洪排水措施，進(jìn)一步全面規(guī)劃場地內(nèi)部的所有區(qū)域，對平整的部分標(biāo)高，保證在實(shí)際施工過程中整個(gè)場地保持排水通暢，不會(huì)產(chǎn)生積水的現(xiàn)象，場地周圍也需要設(shè)置必要的排水溝以及節(jié)水溝，保證在施工過程中地下水不會(huì)影響到施工進(jìn)展。

2 內(nèi)支撐系統(tǒng)簡介

使用內(nèi)支撐系統(tǒng)應(yīng)用在深基坑工程過程中，主要有內(nèi)支撐、豎向支撐以及維護(hù)體三大部分構(gòu)成，豎向支撐和內(nèi)支撐兩個(gè)部分共稱為內(nèi)支撐系統(tǒng)。內(nèi)支撐是基坑開挖工作中平衡基坑內(nèi)外兩側(cè)壓力差的一個(gè)重要體系，通過往年的大量深基坑工作實(shí)踐總結(jié)，最終發(fā)現(xiàn)了內(nèi)支撐具有許多形式常用的內(nèi)支撐，根據(jù)使用材料不同可以劃分為鋼支撐鋼筋混凝土支撐以及鋼與鋼筋混凝土組合支撐等形式；而根據(jù)空間布置的差異，又可以將內(nèi)置稱分為單層或多層平面支撐以及豎向斜支撐體系。內(nèi)支撐系統(tǒng)中的豎向支撐主要是由立柱樁以及鋼立柱結(jié)合進(jìn)行一體化施工所形成的支撐系統(tǒng)，在應(yīng)用過程中主要作為內(nèi)支撐豎向承重結(jié)構(gòu)，換句話來說就是保證內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高內(nèi)支撐體系的空間高度，常用的鋼立柱形式主要由角鋼格構(gòu)柱、鋼管混凝土柱以及H型鋼柱等。

鋼支撐首先要在廠家采用鋼管或型鋼進(jìn)行預(yù)制，然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場，使用焊接或螺栓的方式進(jìn)行連接拼裝。鋼支撐適用于十字正交布置以及角稱結(jié)合對稱等一些縱向垂直切比較簡潔的平面布置形式，一般情況下鋼支撐只能承受壓力而不能承受拉力，因此為了防止在施工現(xiàn)場出現(xiàn)踢腳現(xiàn)象，不應(yīng)該將鋼支撐作為深基坑的第1道支撐。相比之下，鋼筋混凝土支撐具有一定的支撐作用，因此在下層土方開挖過程中，可以采用千斤頂進(jìn)一步施加軸力，從而調(diào)整維護(hù)結(jié)構(gòu)，防止發(fā)生變形。在等寬度的渠溝或地鐵基坑進(jìn)行開挖過程中，可以將鋼筋混凝土支撐做成重復(fù)使用的工具，此外鋼支撐在拆除過程中也比較綠色環(huán)保。

3 鋼支撐在基坑支護(hù)中應(yīng)用的優(yōu)勢和劣勢

鋼支架具有直接平衡壓力的優(yōu)點(diǎn)且結(jié)構(gòu)簡單，在加工過程中具有較高的柔韌性和安全性，在使用過程中可以有效控制基坑的形變，適用于不同的土層以及深基坑，特別是在一些基坑較大且開挖較深的腐雜工程中可以使用，尤其是在遇到松散土壤開挖區(qū)域中，也可以使用鋼支架達(dá)到良好的效果，但是該方法在基坑內(nèi)部不利于使用大型機(jī)械進(jìn)行開挖工作，而且施工的周期較長。

4 深基坑鋼支撐的基本技術(shù)措施

4.1 邊坡邊緣支撐

當(dāng)坡道路面的強(qiáng)度較低時(shí)，路面的土層可以采用碎石或渣土進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑龊?，挖土機(jī)械占領(lǐng)的土層要處于飽和的狀態(tài)，因此在填注過程中也可以適當(dāng)?shù)牟捎盟槭蛟猎黾雍穸?，以免在施工過程中出現(xiàn)機(jī)械塌陷的問題。根據(jù)土方以及基礎(chǔ)工程的規(guī)模，考慮到工期的長短以及現(xiàn)場施工人員的具體安排，需要同時(shí)在現(xiàn)場設(shè)置相應(yīng)的供水供電以及供壓縮空氣的管線路，并在現(xiàn)場要進(jìn)行試水試氣以及試電工作?；舆吘壏胖孟鄳?yīng)的土方和建筑材料，也可以在挖方邊緣通過移動(dòng)運(yùn)輸工具以及機(jī)械進(jìn)行材料的傳送，一般距離設(shè)置為大于基坑上部邊緣兩米處，棄土堆的高度不能超過1.5m。重物距離邊坡的長度：汽車要大于三米，起重機(jī)大于4m。

4.2 鋼圍檁施工中的關(guān)鍵技術(shù)措施

根據(jù)施工前的設(shè)計(jì)方案圖紙布置施工現(xiàn)場的間距，在排樁面確定具體的支撐點(diǎn)位，以樁柱的中心作為水平線基準(zhǔn)，在樁柱周邊的位置中準(zhǔn)確畫出支撐腿，在螺栓點(diǎn)位上通過使用手持電鉆在排磚的上部進(jìn)行打孔，從而打入膨脹螺栓，安裝相應(yīng)的托架，安裝好之后要將地面上的鋼圍檁進(jìn)行吊裝。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置就是在每根樁上安裝一個(gè)腳托鋼架，需要注意的是，設(shè)置了支撐鋼結(jié)構(gòu)的樁柱上需要安裝兩個(gè)腳托鋼架以增強(qiáng)穩(wěn)定性，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置成連續(xù)墻時(shí)，相應(yīng)的腳鋼托架可以根據(jù)設(shè)計(jì)間距進(jìn)行安裝，但是設(shè)有鋼支撐結(jié)構(gòu)的樁體上需要增加托架提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

一般設(shè)計(jì)過程中常用的鋼為鋼維領(lǐng)常用兩根I45B，工字鋼材料使用鋼板焊接方式形成，在貼向維護(hù)狀的一側(cè)使用工字鋼和長鋼板進(jìn)行焊接。在實(shí)際施工過程中，可以進(jìn)一步簡化鋼板的焊接工作，只需要在每隔500mm的位置上，進(jìn)行工字鋼的焊接鋼尾擰合裝間之間產(chǎn)生的空隙，需要使用細(xì)石混凝土進(jìn)行填充密封，確保圍領(lǐng)各個(gè)部位受力均勻，在安裝了鋼支撐的部位處需要進(jìn)行強(qiáng)度加固處理，通過上下兩面和工字鋼內(nèi)部增加20mm厚的鋼板焊接方式，進(jìn)一步加強(qiáng)主要受力處的工字鋼強(qiáng)度。

4.3 鋼支撐端頭的模式及關(guān)鍵技術(shù)措施

鋼支撐端頭根據(jù)其用途可以分為活動(dòng)端以及固定端?；顒?dòng)端一般采用20mm厚的鋼板焊接在支撐端頭，并將支撐端頭連接在圍檁托盤上形成的，而固定端就是將鋼板設(shè)置在施加預(yù)應(yīng)力的一端。一種是在施家預(yù)應(yīng)力之后，使用活動(dòng)契子進(jìn)行固定，而另外一種就是采用工字鋼進(jìn)行焊接處理，再施加完預(yù)應(yīng)力之后，直接在鋼圍檁托盤上進(jìn)行焊接。

使用活動(dòng)契子固定的端頭質(zhì)量會(huì)顯著增加，從而比較笨重，但這個(gè)固定方法操作簡便，在深基坑具體施工過程中使用時(shí)卻并不方便。在控制連接長度的過程中，鋼支撐的連接長度還受到許多因素的限制，因此可以通過切割或增加支撐鋼管的方式打破這些限制。將工字鋼直接焊接到鋼圍檁托盤上的固定方法是比較簡化的端頭固定方式，這種方法在變化鋼支撐長度以及加工過程中具有一定的優(yōu)勢，且質(zhì)量較輕，安裝也比較方便。

4.4 鋼支撐的連接模式

在鋼管的接頭上需要采用焊接的方式連接法蘭盤接頭，首先將鋼管壁面切割成45°的斜角，這樣可以保證法蘭盤滿焊，從而達(dá)到相關(guān)規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在焊接法蘭盤工作之前，一定要采用水平尺測定鋼結(jié)構(gòu)的平整度，法蘭盤焊接完之后也需要進(jìn)一步焊接加勁肋板。加勁肋板就是20mm厚的三角鋼板，這個(gè)結(jié)構(gòu)將鋼支撐和法蘭盤連接成一個(gè)整體，兩節(jié)鋼支撐結(jié)構(gòu)的連接可以使用螺栓將其固定在法蘭盤上，要注意的是螺栓上需要使用彈簧墊圈。連接成功后要注意仔細(xì)檢查鋼支撐的軸心是否處于直順狀態(tài)，如果檢查發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)不直順的問題，可以通過在法蘭盤處添加不同厚度的薄鋼板片的方法進(jìn)行調(diào)整。如果有條件，可以通過使用整根鋼管連接的方式進(jìn)行支撐，為了進(jìn)一步保證鋼管的撓度變形，一般可以采用在每隔3m～4m在鋼管上焊接一道夾近環(huán)的方式，進(jìn)一步確保鋼支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在小型基坑的開挖過程中，由于基坑跨度較小，如果吊裝方便，可以采用盡量較長的鋼支撐這樣可以減少相應(yīng)的加工量以及連接點(diǎn)。在大型的基坑開挖工作中，由于基坑跨度可以高達(dá)上百米，因此鋼支撐安裝比較不方便，無法使用大型的吊裝設(shè)備進(jìn)行工作，可以減少每節(jié)支撐的長度，通過多節(jié)拼裝的方法完成，但是要注意結(jié)束不能太多，否則會(huì)影響鋼支撐的穩(wěn)定性，具體的結(jié)束需要在前期的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。

4.5 鋼支撐軸力計(jì)安裝

支撐架設(shè)置中需要安裝相應(yīng)的監(jiān)測儀器，通過監(jiān)測支撐的實(shí)際受力情況，從而分析維護(hù)結(jié)構(gòu)在使用過程中的受力狀況。支撐中安裝監(jiān)測儀器的方式比較方便，也比較直接，就安裝時(shí)需要注意線路的長度，以方便在使用過程中進(jìn)行測量，同時(shí)也需要注意軸力計(jì)的壓力，頭伸出的長度一定要滿足，在使用過程中受壓后的收縮量，伸出長度如果過短將會(huì)影響軸力計(jì)的效用。

4.6 施加預(yù)應(yīng)力的控制

液壓機(jī)和千斤頂?shù)葯C(jī)械設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場后，一定要對所有的設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的檢驗(yàn)與查收卻保運(yùn)進(jìn)場內(nèi)設(shè)備的安全性與可靠性。壓力表也要具有相關(guān)計(jì)量部門進(jìn)行標(biāo)定后出具的檢測合格證明。鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力工作之前，需要通過計(jì)算得出壓力表的施壓數(shù)據(jù)，才能進(jìn)一步展開試壓工作。

施壓之前一定要仔細(xì)檢查壓力表和千斤頂是否有故障，從而保證千斤頂在使用過程中進(jìn)出油管連線正確以及連接到相應(yīng)的壓力表上，嚴(yán)禁在使用過程中出現(xiàn)千斤頂與壓力表不一致的前提下就進(jìn)行施壓，千斤頂?shù)臄[放位置需要和鋼管管壁軸線形對稱，并且要保證在使用過程中千斤頂水平受力。

施壓過程中要注意工作人員一定要避開面向千斤頂正面，并且需要派遣專門的負(fù)責(zé)人員觀察受壓部件的具體受力情況，一旦發(fā)現(xiàn)有任何異?，F(xiàn)象，一定要立即停止施壓，通過檢查判定受壓部件的實(shí)際受損情況之后，應(yīng)立即卸載以及更換相應(yīng)的受損部件。

當(dāng)壓力達(dá)到相應(yīng)要求之后，要及時(shí)打入活動(dòng)契子或鋼板，不能在打入過程中出現(xiàn)空隙，這樣才能夠方便后期的卸載和焊接。在此過程中要求雙面焊接的地方一定要仔細(xì)檢查，不得出現(xiàn)漏焊的地方，施壓過后的鋼管連接處要保證法蘭盤螺栓會(huì)緊密地聯(lián)系在一起，因此需要工作人員進(jìn)行全面檢查，確保鋼支撐結(jié)構(gòu)與法蘭盤連接牢固。與此同時(shí)，可以采用在鋼支撐兩端的托盤上焊接限位鋼板的方式進(jìn)一步起到保護(hù)鋼支撐的作用，防止在實(shí)際施工過程中鋼支撐由于受到碰撞而出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)或脫落的問題。

4.7 施工要點(diǎn)及變形

為了保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)工程的標(biāo)準(zhǔn)，需要注意鋼板磚要采用篩子和階梯式結(jié)構(gòu)，在大約30cm～40cm處的位置打入鋼板樁內(nèi)。土方工程需要合理的劃分區(qū)域和層次，結(jié)合鋼支撐的參數(shù)進(jìn)行不同區(qū)域和層次的緊密配合。首先在鋼板樁的附近土壤進(jìn)行開挖工作后的一天內(nèi)安裝支架，接著進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施加工作。需要嚴(yán)格控制降水量的增長，以保證在施工現(xiàn)場的水位持續(xù)在最佳狀態(tài)，在基坑開挖過程中，金屬板樁的最大形變一定要控制在開挖深度的6%左右，也就是最大形變范圍為5cm～6cm，支架的最大軸向力為4300kN，接近理論中的最大軸向力4000kN?；又車牡缆饭芫€以及周邊的住宅建筑物的沉降以及位移一定要控制在工程施工的允許范圍之內(nèi)。

5 深基坑支撐技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 改變傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)觀念

設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的過程，國內(nèi)外仍然沒有任何一種精確的計(jì)算方法可以采用，而我國目前也沒有統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計(jì)工作仍然是使用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)荷載法，而該方法的計(jì)算結(jié)果和施工過程中的升級跟支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力具有較大的差異，既影響了工程的安全性，也降低了經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外的巖土工作人員一定要充分探討并建立動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體系，通過加強(qiáng)改變傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)的觀念，進(jìn)一步著手從事動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體系方面的研究。

5.2 優(yōu)化深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)與實(shí)際施工現(xiàn)場的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的差異，此外地基土的類型也會(huì)有所不同，因此一定要注意觀察地下水位的高低，充分了解該地區(qū)土物理力學(xué)等各項(xiàng)性質(zhì)，以及掌握周邊的地質(zhì)、環(huán)境以及氣候等條件，從而選擇合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。在深基坑工程開展過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的合理選擇非常重要，通過選擇科學(xué)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型，保證施工過程中的安全性進(jìn)一步縮短工期，從而給相關(guān)的單位和部門帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，反之，如果選擇了不合理的方案，及時(shí)是具有較高的造假，也不一定能保證施工現(xiàn)場的安全。

5.3 發(fā)展信息監(jiān)測與信息化施工技術(shù)

深基坑工程力學(xué)參數(shù)具有不確定性且在實(shí)際施工過程中有較大的不可預(yù)見性，這一些都使得基坑工程設(shè)計(jì)工作以及實(shí)際施工過程中將會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際的地層條件具有較大差異的問題，因此在施工過程中需要通過加大監(jiān)測信息反饋和力度工作進(jìn)行矯正。深基坑工程監(jiān)測將是基坑工程，在具體施工過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過組織良好的監(jiān)測工作，可以進(jìn)一步掌握施工過程中各個(gè)方面的全面信息，及時(shí)反饋給基坑開挖的工作人員，并根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測以及判定本次施工會(huì)對周圍環(huán)境所造成的影響程度，對深基坑工程維護(hù)體系的形變以及實(shí)際的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行合理的評價(jià)，進(jìn)一步預(yù)測在挖土施工過程中會(huì)出現(xiàn)的形變以及穩(wěn)定狀態(tài)的實(shí)際發(fā)展，從而有效的制定下一步施工策略，實(shí)現(xiàn)施工過程信息化發(fā)展。

6 結(jié)論

本文對深基坑支護(hù)的內(nèi)支撐系統(tǒng)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)從幾個(gè)方面對實(shí)際施工過程中的深基坑支撐體系進(jìn)行了介紹，并指出了鋼支撐體系在具體施工過程中不同環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)措施進(jìn)一步為后續(xù)的其他工程施工提供參考依據(jù)，促進(jìn)深基坑支撐技術(shù)未來的發(fā)展。

深基坑內(nèi)支撐技術(shù)是深基坑支護(hù)工程中的一項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)，由于受到了狀態(tài)多變，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，以及地質(zhì)條件復(fù)雜等因素的限制，構(gòu)成了深基坑內(nèi)支撐技術(shù)的特殊性，也給深基坑工程領(lǐng)域帶來了一定的難題。在進(jìn)行設(shè)計(jì)以及實(shí)際施工過程中一定要圍繞著工程的安全性和可靠性展開，先進(jìn)的深基坑支護(hù)技術(shù)也是我國未來很長一段時(shí)間內(nèi)深基坑工程應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢，希望隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過廣大建筑研究學(xué)者的不懈努力，可以進(jìn)一步促進(jìn)深基坑內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)的先進(jìn)性發(fā)展，并在未來得到更加廣泛的應(yīng)用。