型钢斜撑加强结构在基坑支护与换撑中的应用研究_饶运东.pdf

低温建筑技术-冻土与地基基础Dec.2022 No.294DOI：10.13905/ki.dwjz.2022.12.022型钢斜撑加强结构在基坑支护与换撑中的应用研究APPLICATION RESEARCH OF STEEL INCLINED SUPPORT REINFORCED STRUCTURE INFOUNDATION PIT SUPPORT AND SUPPORT REPLACEMENT饶运东1，周勇1，冯仲文1，曾华健2，伍翔飞2（1.深圳市岩土工程有限公司，广东 深圳 518028；2.江苏省岩土工程公司，南京 210008）RAO Yundong1,ZHOU Yong1,FENG Zhongwen1,ZENG Huajian2,WU Xiangfei2（1.Shenzhen Geotechnical Engineering Co.,Ltd.,Guangdong Shenzhen 518028,China;2.Jiangsu Geotechnical Engineering Co.,Ltd.,Nanjing 210008,China）【摘要】拆换撑施工是基坑工程中具有重要影响的工况之一，为保障在此工况条件下支护结构的承载稳定性，减小基坑侧向变形，以国内某在建深基坑工程为例，探究型钢斜撑梁加强结构在基坑支护及换撑施工时的应用效果。首先以弹性支点法对有无型钢斜撑加强结构下的基坑围护结构内力变形及坑外地表沉降进行计算分析，同时对型钢斜撑梁构件抗剪强度进行验算，在此基础上进一步结合现场监测情况对型钢斜撑加强结构的应用效果进行分析。结果显示采用型钢斜撑加强结构可有效减小围护结构侧向变形达40%，桩身弯矩及剪力分别减小31.8%及28.7%，减小地表沉降达35%，同时减小支撑梁轴力，计算结果均小于规范限值，表明型钢斜撑梁构件应用于基坑取得了预期效果。相关结论可为类似基坑工程提供参考。【关键词】基坑支护；换撑；型钢斜撑梁；弹性支点法；支挡结构内力【中图分类号】TU392.1【文献标志码】A【文章编号】1001-6864（2022）12-0098-06Abstract：The removal and replacement of bracing is one of the important working conditions in foundation pit projects.Taking a domestic deep foundation pit project under construction as the case,we explore the application effectof the steel inclined support strengthening structure in the foundation pit bracing and support replacement construction to ensure the bearing stability of the supporting structure under this working condition and reduce the lateral deformation of the foundation pit.The elastic fulcrum method is used to calculate and analyze the internal force deformation of the foundation pit retaining structure and the external surface settlement of the pit with and without the reinforced structure of shaped steel diagonal support.At the same time,the shear strength of the shaped steel diagonalsupport component is calculated.The application of the reinforced structure of shaped steel diagonal support is further analyzed in combination with the on-site monitoring.The results show that the lateral deformation of the retaining structure can be reduced by 40%,and the bending moment and shearing stress of the pile is reduced by 31.8%and 28.7%respectively;the ground settlement can be reduced by 35%,and the axial force of the support beam canbe reduced by using the reinforced structure of section steel diagonal bracing.The calculated results are less thanthe limit value of the specification,which indicates that the application of section steel diagonal bracing beam members to this foundation pit has achieved the desired results.Relevant conclusions may provide the reference for similar foundation pit projects.Key words：foundation pit support;support replacement structure;steel inclined support;elastic fulcrum method;internal force of retaining structure0引言地下工程施工过程中，支护结构的稳定性对于工程安全具有重要影响，故在工程前期设计阶段，需结合各方面因素或条件对地下工程支护方案进行合理的设计，并据此形成一套成熟的设计施工流程。然而地下结构涉及的岩土层的天然复杂性及工程施工环境变化的多样性等因素，导致既有支护结构适用性往往并不具有长久性，即为适应新的外部支护条件的改变，需要有针对性的对既有支护结构进行补强加固。对于这一问题，常见有因基坑地下室增加导致开挖深度增大，而原基坑支护结构已基本施工完成情况下，通过在既有前排桩基础上在后排增设稀疏长桩以增强抗倾覆及抗隆起稳定性1及深基坑因坑边堆载超限影响原支护结构安全，而采用临时增设预应力锚索进行加固，以保障基坑后续施工的顺利进行2，同时采用地锚拉结对于控制既有坑壁因超载而引起的变形也具有一定的适用性3。此外坑内反压土法对控制基坑支护结构稳定性及减小变形也具有较好的98实用性4。相关研究结果表明，通过对既有支护结构进行二次补强可有效保障支护结构与外部支护条件的协调一致性。对保障岩土工程施工安全具有重要作用。然而对于深基坑工程而言，桩撑支护型式具有安全可靠、控制变形能力强、周边环境影响小等优势，在深基坑支护工程中应用广泛，但同时也存在设计变更复杂、工期长、经济成本高及拆换撑施工影响等问题。如当外荷载作用效应过大，而现有支撑体系刚度过小时，在现状基础上进行变更往往比较困难，此时需采用合理可行的支护加强措施提高支挡结构的刚度及承载稳定性，避免施工过程中基坑产生过大的内力及变形，保障基坑的安全，同时便于主体结构的后续施工5，6。深基坑工程中拆换撑施工是对基坑工程安全具有重要影响的工况之一。基坑换撑即支护桩在内支撑拆除之后，增加的部分应力通过传力构件传递到具有足够的承载能力的其他构件上，进而重新达到受力平衡。传统的换撑技术通常是通过在支撑梁拆除前施工完底板及梁下楼板，随后在底板、楼板与支挡结构之间设置素混凝土或钢筋混凝土梁作为传力构件，随后拆除上部内支撑梁，故基坑支护设计时通常尽量避免支撑梁与楼板处于同一标高层，以利于后续拆换撑时支护体系的稳定、换撑安全及施工便利等。但当主体结构产生变更，换撑层与支撑层相冲突且无法避开时，采用传统方法已不可行，需采取替代措施协调支撑梁拆除过程的内力转移，保障后续工程的顺利进行7-9。针对上述情况，以深圳市某深大基坑工程为例，基坑工程部分区段因坑外临时堆载增加及主体结构变更影响既有换撑工序。为保障基坑安全，通过在影响区段设置型钢斜撑梁作为上层支撑加强结构及下层临时换撑传力构件，增强基坑支护与拆撑过程中支护结构的承载安全性，同时避免了对现有支护结构的过大调整。从设计施工角度阐述了应用型钢斜撑加强结构时的换撑方法、拆换撑工序及施工要点。随后使用基于弹性支点法的理正深基坑支护设计软件对整个基坑分层开挖支护及拆撑工况进行计算，得到了支挡结构的内力及变形规律，在此基础上进一步对型钢斜撑梁连接构件进行抗剪强度验算，最后对相应工况下的现场监测结果进行了分析。1工程概况深圳市某基坑工程开挖面积约27320.5m2，基坑周长约667.2m。基坑总体呈长方形布局，开挖深度1619.1m，基坑安全等级一级。基坑变更区域位于基坑西南侧，主要为1-1、12-12支护段。故选取该侧支护段进行分析。支护剖面段基坑开挖深度为17.7m，采用咬合桩+二道内支撑支护，其中荤桩1.62m（C30 水下混凝土灌注），桩长 29.8m，素桩1.02m（C15水下混凝土灌注），桩长24m。第一道支撑梁尺寸1m1m，第一道支撑梁尺寸1m1m，第二道支撑梁尺寸1.2m1m，支撑梁混凝土等级C35。基坑支护平面见图1。场地地基土主要由人工填石、素填土、淤泥及砂质黏性土组成，底部为混合花岗岩，地质条件较差，地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水两种，勘察期间测得钻孔中的混合稳定水位埋深为5.67.3m，高程为3.856.91m。场地地层岩土力学参数取值见表1。2斜撑加强结构设计基坑剖面12-12区间段，因原地下室结构变更致原2层地下室楼板上抬至与2层支撑梁同一标高处，为保障二道支撑梁拆除时支挡结构的安全性，采用在原换撑标高处，纵向布置一排换撑斜梁作为临时换撑传力结构，同时考虑坑外临时堆载影响，增设一排斜梁加强1层支撑刚度，斜撑梁采用HW4004001322型钢，梁顶底分别与地下室外墙结构、底板连接，接触部位采用钢垫板焊接，内设M20膨胀螺栓，以保证刚性连接，设置型钢斜撑加强结构剖面如图2所示。咬合桩0.00（8.5）角撑梁-17.7（-9.2）角撑梁对撑梁角撑梁角撑梁-17.7（-9.2）变更区段12-12图1基坑支护平面表1地层岩土力学参数土层名称素填土人工填石淤泥黏土淤泥质黏土砾砂砂质黏土全风化混合花岗岩强风化混合花岗岩/（kNm-3）1819.516.52017.52018.520.521c/kPa10/16.32030/202838/（）15335.5121430202630Es/MPa3.5/2.54.53/6812E0/MPa413318103022558099低温建筑技术-冻土与地基基础Dec.2022 No.294图2基坑支护剖面（剖面12-12）（单位：mm）0.00m（8.5）填石2.4m（厚度，余同）素填土6.5m淤泥9.5m黏土1.7m淤泥质黏土1.3m砾砂2.9m砂质黏性土咬合桩荦桩咬合桩素桩冠梁栈桥板支撑梁HW400400型钢6m腰梁腰梁格构柱支撑梁HW400400型钢2.0m与换撑梁相对应换撑梁C20填槽混凝土-17.7（-9.2）立柱桩全风化混合花岗岩10.1m15003