复杂条件下 深大基坑钢支撑施工技术

张国瑞

济南城市建设集团 250000

摘 要 全国城市地铁正处在高速发展阶段，深大基坑作为城市建设中的一大工程热点问题，已经越来越受到设计及施工人员的重视，但随之而来的也增加了很多危险，钢支撑技术因施工方便在深基坑施工中得到了广泛应用。济南黄河隧道工程地处黄河流域，土质复杂，多为粘土，粉土，地下水位高，四季及昼夜温差较大，如果没有良好的支护措施，很容易引发基坑变形，道路坍塌等危险情况。

关键词 钢支撑 温差

1^ 工程概况

济南黄河隧道位于城市中轴线上，北连鹊山，南接济泺路，采用市政道路与轨道交通M2线合建方案。是国内第一条穿越黄河的超大直径公轨合建隧道。预留轨道交通汽修厂站位于济泺路与泺口南路交叉口南侧，沿济泺路南北向布置。车站总长310.3m，主体结构型式为两层三跨箱型框架结构体系，标准段为两层拱形结构体系，最大基坑深度为24m，基坑宽度20.3m~24.55m，地下水位较高，土质松软，基坑围护结构抗变形、抗渗要求高。

图1 钢支撑平面布置及剖面图

济南黄河隧道工程汽修厂站围护结构内支撑有两种形式，一种采用混凝土支撑，用于首层支撑；另一种采用钢支撑+钢围檩构成，主要用于第二、三、四道内支撑。第二道钢管内支撑采用直径Φ609壁厚16mm的钢管，第三、四道钢管内支撑采用直径Φ800壁厚20mm的钢管，钢支撑对撑在钢围檩上。

2 工程地质及水文条件

2.1 工程地质

根据济泺路地勘资料，地层自上而下依次为：①杂填土（0~0.8m）、②1粉质黏土（0.8~2.5m）、②3粉土（2.5~2.9m）、②2黏土（2.9~5.0m）、②3粉土（5.0~7.4m）、⑦1粉质黏土（7.4~17.6m）、⑩1粉质黏土（17.6~19.6m）、⑩6粉土（19.6~21.3m）、⑩1粉质黏土（21.3~24.3m）、⑩6粉土（24.3~26.5m）、⑩1粉质黏土（26.5~28.5m）、⒀1粉质黏土（28.5~34.3m）。

2.2 水文条件

工程区地下水主要分布在第四系地层中，地下水类型为孔隙潜水，水位埋深0.94～11.31m，相应高程22.50～23.95m,水位较高。含水层主要为粉土、粉砂层。地下水补给来源主要为大气降水及河水，孔隙潜水排泄以蒸发及开采、侧向径流为主。

3 地下管线及周边建筑物

车站所在的济泺路方向上快车道两侧各存在1条石砌雨水沟（2.5m*1.4m）、在西侧存在2根DN633热力管道、道路中心存在1条通信管道和自来水管道，此外存在1条自来水横穿和燃气横穿。

车站西北象限为山东黄河医院、西南象限为原济南园林机械厂门卫、东北象限为庆业兴达汽修厂，东南象限为现状空地。

4 温度对钢支撑施工的影响

4.1 针对温差对轴力的影响而采取的“温差控制”措施

（1）尽量在每天温度较低时段内施加预应力。

（2）若加载预应力时气温较高，宜适当增大预加轴力。

（3）在下一层钢支撑加载前，应根据轴力监测数据对上一层支撑中轴力较低的支撑补加轴力，做到及时调整。将温差对钢支撑轴力的影响降到最低。

5 施工准备

施工准备主要包含：技术准备（方案、开工报告、安全技术交底等）、机械及材料进场准备（100t吊车、液压千斤顶，钢支撑，钢围檩，三角托架，膨胀螺栓）、机械验收。

6 施工工艺

6.1 工艺流程

施工准备→围檩，托架安装→测量放样→钢支撑预拼装→钢支撑吊装→支撑安装→施加预应力→检查及轴力附加。

6.2 施工参数

施工参数主要为钢支撑重量、千斤顶力、油表读数、a,b转换参数。

（1）油表读数计算

油表读数=a+b×千斤顶力

其中a,b为转换参数，千斤顶、油表匹配校订得出a=-0.66089，b=0.03687。钢支撑预加轴力设计值为300kN，

油表读数=-0.66089+0.03687×300kn=10.4mpa,油表读数为10.4。

6.3 测量放样

安装支撑前，通过水准仪及控制线测出支撑两端与围护结构的接触点，作出标记。以保证支撑与墙面垂直且位置准确。

6.4 钢围檩及钢支撑牛腿安装

6.4.1 钢围檩安装

（1）当土方开挖至支撑设计标高下50cm后，沿基坑纵向按每隔1.2m设置三角托架，三角托架采用角钢100*80*8mm、80*80*8（预先加工成型），待基坑开挖后，放出点位，拉线调平，用胀管螺栓将三角托架架设在地连墙上，三角托架顶面标高定位精度满足规范设计要求。三角托架安装完毕后，随即进行围檩安装。

6.4.2 围檩空隙填充

（2）在钢支撑施加轴力时可能发生轴力丢失或者加不上轴力的情况，本文采用将钢围檩与围护桩之间的空隙用细石混凝土进行填缝处理

图2 围檩空隙填充图

6.4.3 钢围檩焊接

钢围檩采用双拼I450*154*15.5型钢，用钢板焊接成型。根据设计图纸，靠近地连墙侧，用12mm厚连续钢板焊接，靠近基坑面支撑处，采用700×1100×20的钢缀板焊接，焊接间距为支撑间距。在型钢内焊接5#刚肋板两块，间距600mm。

6.5 钢支撑拼装

6.5.1 钢支撑的结构形式

（1）活络端头

活络端头类似于“抽屉”结构，由插销头及插座头组成，插销头由端头钢板、双槽钢伸缩杆、加劲肋板等部分拼装焊接而成。现场使用的活络头长度为1.5m，一般调整长度控制在5-10cm。

（2）拼接段钢管支撑

钢管支撑标准长度为6m，钢管之间采用法兰盘连接，法兰盘之间连接采用M20高强螺栓连接，螺栓对称交叉连接，连接时螺栓下设高强弹性垫圈。

6.5.2 钢支撑预拼检查

钢支撑预拼前先按照基坑宽度计算钢支撑配料长度，然后在地面上按实测基坑的宽度进行预拼装，拼装好后放在坚实的地坪上检查支撑的平直度，并检查支撑管接头连接是否紧密、有无破损或变形、端头是否平整。

6.6 钢支撑吊装

施工时将预拼合格的钢支撑分节采用100t汽车吊至基坑，整体进行吊装，钢支撑总长为20.5m。用汽车吊吊运至基坑边，再用龙门吊进行下放吊装。

6.7 钢支撑安装

钢支撑安装位置应符合设计要求，钢支撑的活动端与固定端掉头交叉放置，支撑上的法兰螺栓全部要求拧到拧不动为止，螺栓方向要错开，另外活络头两侧易错开设置。所有钢支撑端部的牛腿要焊接牢固。钢支撑上严禁行人、载荷，钢支撑严禁机械碰撞。

6.8 轴力计安装

安装架圆形钢筒上没有槽口的那一端和钢支撑活络头上的钢板用电焊机焊接稳固，安装的中心点必须在钢支撑的中心轴线上。

焊接完成后，把轴力计放到安装架圆形钢筒中，同时选用M10型号螺丝把轴力计牢牢固定在安装架上。

钢支撑预加力要按照设计轴力的30%～50%施加，每次施加轴力完成后要保持10分钟才可以施加下一级轴力，预加力至设计规定值后，采取相同措施，应在压力稳定10分钟后，才可以按照设计轴力值进行锁定。

6.9 复加轴力

（1）在第一次加预应力后12小时内紧密 监测，发现预应力损失或围护结构变形速 明显收敛的，复加预应力至设计值。

（2）当昼夜温差过大，导致支撑预应力损 失时，立即在当天低温时段复加预应力至设计 值。

（3）当桩体水平位移速率超过警戒值时可适当增加支撑轴力以控制变形，但复加后支撑轴力和挡墙弯矩必须满足设计安全度要求。

（4）当轴力变化大于3%时，按规定复加轴力。

7 安全施工技术措施

7.1 钢支撑拼接与安装

2. 钢支撑进入施工现场后需做全面的检查验收，焊缝满焊，焊缝表面要求焊波均匀，不准有气孔、夹渣、裂纹、肉瘤等现象，并进行试拼装，不符合要求的不准使用。

3. 钢管支撑连接螺栓一定要全数栓接，不能减少数量，以免影响拼接质量。

4. 严禁支撑在施加预应力后由于和钢围檩不能均匀接触而导致偏心受压；在支撑受力后，必须严格检查并杜绝因支撑和受压面不垂直而发生突变，从而导致基坑挡墙水平位移持续增大乃至支撑失稳等现象发生，如因轴力测试感应器引起的失稳、变形，应及时进行纠正。

8 结束语

本文通过济南黄河隧道工程汽修厂站深大基坑支护钢支撑施工，严格控制温度对钢支撑的影响，加固了基坑强度，防止基坑偏移，有效防止了基坑围护结构变形风险，保证了基坑及周围道路，建筑物的安全，对今后类似的深基坑支护工程起到一定帮助。

参考文献

[1] 钢结构支撑在深基坑支护中的应用[J]. 杜志广.科技资讯.2008(13)

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部 GB 50202-2018，《建筑地基基础工程施工质量验收标准》[S].北京.中国计划出版社。

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