基坑中水平内支撑下钢格构柱倾斜的处理技术

吉红波 张晓辉

【摘要】介绍了基坑围护中水平内支撑下钢格构柱倾斜的加固处理措施，并通过计算确认加固措施的合理性，同时制定了相应的应急措施以消除隐患，确保工程的顺利施工。

【关键词】钢格构柱；倾斜；槽钢；焊缝；基坑监测

1工程概况

某商务大楼工程总建筑面积约42102.9㎡，其中地上30755.9㎡，地下11347㎡，建筑高度94.30米，地上24层，2层地下室。基坑总开挖面积约13500㎡，基坑围护周长约360m，开挖深度约8.4m。本工程基坑采用排桩结合一道内支撑的支护方式，坑内临时支撑系统的竖向立柱采用Φ600钻孔灌注桩，立柱上部为钢格构柱，钢材均采用Q235b级钢，钢格构柱下部插入钻孔灌注桩中2000mm。

2钢格构柱的倾斜情况

格构柱高度约为6m，角钢型号为L100×10，缀板为420×200×8@600。水平支撑梁施工完毕后土方开挖接近至基底，发现三根钢格构柱出现倾斜情况，其中G21顶部向西倾斜45cm，G23、G24顶部均向西倾斜75cm，其余支撑梁不动。（见图1）

图1钢格构柱倾斜平面图

3对倾斜钢格构柱加固处理措施

3.1 用[28a槽钢把格构柱G21、G24、G23顶端分别与格构柱G20、G23、G22底端相拉结，形成几何不变体系以平衡偏心力引起的附加弯矩。

3.2 槽钢与钢格构柱缀板焊接，并在连接处对原有钢格构柱进行加固并做好防水处理措施。（见图2、图3）

图2G21钢格构柱加固剖面图

图3G23、G24钢格构柱加固剖面图

4槽钢焊接施工

4.1 槽钢的选用

（1）根据计算要求选择相对应型号规格的槽钢。

（2）对进场材料进行复查，如钢材的材质、规格等进行检查，检查是否符合规定。

4.2 槽钢的焊接

（1）作业条件：

①审阅施工图纸，拟定焊接工艺。

②准备好所需施焊工具，焊接电流。

③焊工经过考试，并取得合格证后才可上岗，如停焊超过半年以上时，重新考核。

④施焊前焊工应复查组装质量和焊缝区的处理情况，如不符合要求，应修整合格后方能施焊。

（2）操作要点：

首次采用的钢种和焊接材料，必须进行焊接工艺性能和物理性能试验，符合要求后才采用。要求焊成凹面的贴角焊缝，可采用船位焊接使焊缝金属与母材间平缓过渡。焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因，订出修补措施后才可处理。

5对倾斜格构柱的计算分析

5.1通过迈达斯有限元软件对两榀框架分别建模，计算结构内力。（见表1）

5.2 钢格构柱承载力验算

（1）G21、G23、G24钢格构柱当作压弯构件进行验算，选择G23柱作为代表验算，其余类似。

G23柱验算轴力和弯矩作用平面内的稳定：

角钢为L100×10,根据表查的重心矩Z0=28.4mm；惯性矩Ix=179.5cm4；imin=1.96cm.截面积A0=19.26cm2。 A=4×19.26=77.04cm2

G23柱的内力如下：N=352.9kN；Mx=31.5kN·m

ix===22.37

=600/22.37=26.82； =40/1.96=20.4；

===33.7

由此查表的=0.922

==8802.3×103N

=9637.4/25.08=384.26 cm3；=0.65+0.35=0.65-0.35=0.41

=49.68+34.72=84.4N/mm2≤=205 N/mm2

（2）根据稳定理论，两端受轴压杆件可以采用跨中承受（轴力/250）假想水平力来考虑构件失稳的二阶效应，由此可知，估计支撑受土压力引起的立柱上拔力约为支撑轴力的N/250。其中N为基坑周边土压力对支撑引起的对称轴力，暂估算为5000KN，由此估算得出P约为20KN，远小于支撑自重对立柱引起的向下的轴力，故上浮力对结构影响不大。

5.3槽钢承载力验算

槽钢长细比计算：槽钢长度约为11.7m，设定两端铰接，长度系数μ取1.0。本工程采用[28a槽钢，经查表得回转半径ix=10.9cm。由此计算得槽钢长细比λ=11700/109=107.3<300,满足受拉支撑长细比要求。

[28a槽钢允许受拉力为820.4kN，实际受拉轴力为35.8kN，满足稳定承载力要求。

5.4钢格构柱倾斜对钻孔灌注桩的影响分析

钢格构柱插入钻孔灌注桩内2000mm，由于钢格构柱倾斜导致桩顶既受压又受弯，钻孔灌注桩受压由混凝土承担、受弯由桩主筋承担完全没问题，目前地下室结构已经全部完成，未出现任何状况。

6施工应急措施

（1）虽然该处支撑经过加固，并经过计算分析已充分满足承载力要求，但是为了确保基坑开挖的安全和本工程地下结构施工的顺利进行，对该处增设监测点，随时掌握支撑变形动态，防患于未然。

（2）基坑过程中，加固处如出现失稳迹象（支撑体系有明显的变形，监测数据达到监测报警值等），立即采取补救措施。具体补救措施为在已增设的槽钢的交叉方向另外再加一根槽钢进行拉结。

（3）施工现场准备好一定槽钢（钢管、木桩、钢板桩、编织袋等），发现位移过大，出现险情时，应立即停止挖土，采取加固措施，以控制变形，进行加固处理后，再继续施工。

（4）施工中每天注意收听天气预报，提早做好预防恶劣天气的准备。

（5）若发现异常现象，应及时通知有关各方，以便及时采取有效应急措施。

7结束语

深基坑支护工程是风险性较大的工程，影响安全的因素很多。若水平支撑下钢格构柱出现问题必然导致基坑坍塌等严重后果，经过增加槽钢拉结钢格构柱形成几何不变体系，彻底消除了基坑支护的隐患，同时施工过程中加强基坑监测，顺利完成了整个地下室结构，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，1999.

[3]江正荣编著.建筑施工计算手册.北京：中国建筑工业出版社,2001.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。