鱼腹式钢支撑在安庆某深基坑支护的应用探析

周旭东 （安徽省安庆市建筑管理处，安徽 安庆 246003）

随着安庆市经济社会的快速发展，带动了城市建设如雨后春笋，高层建筑、地下人防工程、城市地下空间开发以及其他基础设施日益增多，因而出现了很多深开挖工程[1-3]。但地下工程施工工期长，土石方开挖施工扬尘、振动等环境影响大，为了适应快速完成地下工程的目的，装配式钢结构内支撑成为基坑开挖挡土构件的较好选择[4-5]。

预应力鱼腹式装配钢结构支撑，通过对型钢构件，装配成鱼肚子的形状，然后在鱼腹式型钢上安装预应力钢绞线，形成张弦梁大跨度结构，并通过H型钢围檩、角撑、对撑和三角形刚节点连接形成平面预应力支撑体系[6-8]。该内支撑形式，不仅支撑覆盖面积小为土方开挖提供便利，且极大程度地减少了支护结构安装、拆除的时间。且H型钢后期全部回收重复利用，是一种典型的绿色环保技术[9]。

本文以安庆市世纪华联·云珠广场基坑工程的设计和实施为背景，对基坑设计选型进行了对比分析，并给出了典型的支护结构图，最后提供了现场实测的基坑变形数据，值得在同类工程的设计与施工中借鉴和参考。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

安庆市世纪华联·云珠广场工程总占地面积7886m2，总建筑面积为39088m2。规划有4层商业+19F的办公，3层地下商业和车库。建筑物结构形式为框剪结构，基础型式采用筏板基础型式。该项目设计标高为16.65m，负三层底板设计标高为5.75m。基坑开挖面积约5720m2，边长约429m，开挖深度约11.50～12.50m，基坑安全等级一级。

基坑北侧地下外墙与用地红线最近距离约为7.9m，与人民路最近距离约12.5m；南侧地下室外墙与用地红线最近距离约为3.5m，与该侧建筑物距离为6.5m；东侧外墙距与用地红线最小约为7.5m，距该侧建筑物约7.9m；西侧外墙距用地红线约为3.3m，距离该侧建筑物约6.1m。周边道路下具有自来水、燃气、污水、雨水和电缆等众多管线。基坑周边环境保护要求高，具体环境情况详见图1。

图1 基坑现场环境图

1.2 工程地质概况

依据钻探、原位测试和室内土试资料，将场地内埋深28.00m以浅地基土岩性自上而下共划分为3个工程地质层，其主要特征分述如下。

①杂填土层（Q4ml）：灰褐色、棕色、棕黑色，疏松，含水量较丰富，成分以粘性土为主，含建筑垃圾、砖头及漂石，具高等压缩性，承载力低。成层分布，层厚1.50～3.60m，西边地块上部见50cm左右的沥青地坪。

②粘土层（Q4al）:成层分布，黄色、褐黄色，可塑。含水量较丰富，见灰色条纹，含铁锰质结核及钙质结核，且局部钙质结核富集，无摇震反应，切面稍有光泽，干强度及韧性均为中等。实测标准贯入实验击数N=6～8击，承载力特征值fak=160kPa。

③卵石层（Q3al+pl）：成层分布，灰褐色、粉白色，主要由粒径大于20mm，质量超过取样总质量50%的棱角形及亚圆形碎石组成，间隙由中细砂、粘土填充，含水量丰富，密实度密实，具低等压缩性，承载力高。实测重型圆锥动探试验击数N63.5=23～28击，承载力特征值fak=350kPa。基坑开挖影响范围土层物理力学参数详见表1。

土层物理力学性质 表1

1.3 水文地质概况

根据钻探揭露，本场地在28.50m深度范围内，对工程有影响的主要存在2个地下含水层组，现叙述如下：

第一含水层组：地下水类型属于上层滞水，主要分布于第①杂填土层、②粘土层孔隙中；其水量受地表水控制，以地表水的垂直渗透补给为主。地下水的初见水位与稳定水位埋深基本一致，在1.30～1.50m（ 对 应 高 程 为 13.99～15.01m）之间。

第二含水层组：地下水类型属潜水型，主要分布于第③卵石层中，土层的透水性较好，以南面长江江水渗透为主；富水性高等。初见水位埋深在5.10m～6.80m。

2 支护结构设计方案

2.1 支护结构设计

根据该项目水文地质、开挖规模、工程地质以及周边环境保护等要求，综合以下几点分析：①控制基坑开挖及地下结构施工期间对周边环境的影响；②支护结构体系的稳定性、可行性及适宜性：优先选用具有成熟经验的支护形式，满足基坑支护整体及排桩稳定性的要求；③在支护结构选定的情况下，尽量节约工程造价；④在保证基坑及周边环境安全稳定条件下尽量方便施工。

西区中间区段，基坑开挖深度11.9m，采用Φ700四轴搅拌桩止水+长螺旋灌注桩+二道预应力鱼腹梁钢支撑+放坡的支护体系，四轴搅拌桩桩径Φ 700，间距 500，桩长 18m，水泥掺量20%；长螺旋灌注桩桩径为φ800，桩长17m，间距1.1m，冠梁规格为1200×600，护坡铺设φ6@200mm双向钢筋网片，喷射C20混凝土，厚度为80mm；第一道水平支撑采用一层预应力鱼腹梁钢支撑，第二道水平支撑采用两层预应力鱼腹梁钢支撑，详见图2。

图2 西地块典型剖面图

西区坑中坑段基坑开挖深度11.8m，采用Φ700四轴搅拌桩止水+长螺旋灌注桩+二道预应力鱼腹梁钢支撑+放坡的支护体系，四轴搅拌桩桩径Φ 700，间距 500，桩长 21m，水泥掺量20%；长螺旋灌注桩桩径为φ900，桩长20m，间距1.1m，冠梁规格为1200×600，护坡铺设φ6@200mm双向钢筋网片，喷射C20混凝土，厚度为80mm；第一道水平支撑采用一层预应力鱼腹梁钢支撑，第二道水平支撑采用两层预应力鱼腹梁钢支撑，详见图3。

图3 西地块坑中坑典型剖面图

建筑物段基坑的开挖深度8.5m，采用Φ700四轴搅拌桩止水+长螺旋灌注桩+二道预应力鱼腹梁钢支撑+放坡的支护体系，四轴搅拌桩桩径Φ700，间距500，桩长14.2m，水泥掺量20%；长螺旋灌注桩桩径为φ700，桩长12m，间距0.9m，冠梁规格为1200×600，护坡铺设φ6@200mm双向钢筋网片，喷射C20混凝土，厚度为80mm；采用一道水平支撑一层预应力鱼腹梁钢支撑，详见图4。

图4 建筑物段典型剖面图

2.2 鱼腹式钢支撑技术要求

本基坑竖向共设置两道预应力鱼腹梁水平支撑系统。两道预应力鱼腹梁水平支撑系统均采用对撑结合角撑。第一道支撑系统中心标高为-1.700，钢筋混凝土压顶梁兼作首道支撑围檩，主要支撑为单层H350×350×12×19型钢；第二道支撑中心标高为-7.000，围檩采用H400×400×13×21型钢，主要支撑为双层H350×350×12×19型钢，支撑布置见围护结构图纸。依据设计资料，对基础的水平标高、轴线、柱间距进行复测。在基础顶面标明纵横两轴线的十字交叉线，作为安装立柱的定位基准。在浇筑冠梁混凝土之前设置预埋件，并设置测量点；安装牛腿时，牛腿的仰角应为90°～95°，不应小于90°；型钢立柱桩位误差应控制在10mm以内，垂直度控制在1/200以内；钢绞线按设计提供的预应力值进行张拉，张拉钢绞线时要检测钢绞线的伸长率；对撑和钢绞线施加预应力之后，再次拧紧松弛的螺栓；预应力装配式支撑的监测围檩的变形量，监测要在围檩安装后施加预应力之前进行监测，在施加预应力之后再次进行监测，监测频率为至少每周一次；预应力装配式支撑的拆除首先螺栓拧松之后，卸载钢绞线预应力，然后卸载对角撑的预应力。

3 结果分析

本工程进行了大量基坑监测工作，限于篇幅，本文摘选基坑四周具有代表性的土体变形测斜数据，编号依次为CX1～CX9，并编制成曲线，进行实施结果分析，详见图5。

图5 水平位移实测值

图5为实测的基坑变形数据，其中工况一表示基坑开挖至第二道钢支撑底标高；工况二表示基坑开挖至坑底标高。由图5可看出，实测的基坑最大变形在18～23mm之间，基坑深层土体变形总体规律比较接近，表明本基坑开挖面以下土体分布比较均匀，土层起伏变化不大。基坑变形基本上呈现出“纺锤”状，其中最大变形主要发生基坑开挖面以上约1.0～3.0m的范围，这种现象基本符合朗肯土压力的计算结果。通过信息化的监测数据反映，支护结构是稳定可靠的，整个开挖阶段并未影响周边道路、建筑物和市政管线的正常使用。

4 结论

预应力鱼腹式装配钢结构支撑是一种新型的基坑支护结构，其通过施加预应力可有效控制基坑变形。采用该工法作为基坑支护结构对周边环境影响小，有利于保护周边建筑及基础设施，且工程造价较低，压缩工期的同时节约了人工费，降低工程造价。因此，已经越来越多地应用于大面积深基坑工程中。

本工程采用预应力鱼腹式装配钢结构支撑作支护结构，设计所做的各种技术措施在工程实践中起到了良好的作用，并通过信息化施工，整个基坑工程的进展比较顺利。从中总结出的各种技术措施可以供类似工程的设计借鉴。