传统轴力钢支撑应用中存在的问题及应对措施

传统轴力钢支撑应用中存在的问题及应对措施【摘要】随着我国城市建设的迅速发展，在密集区域进行深大基坑施工项目越来越多，对周边环境的变形控制也日趋严格。尤其在临近地铁、高层建筑的深基坑工程，对围护结构变形控制要求更高，这都给地下工程施工带来极大困难。基坑支护系统包括钢筋混凝土支撑和钢结构支撑两种。钢筋混凝土支撑由于刚度大、成本低、施工方法相对简单，占据基坑支护的主要市场。钢结构支撑具有绿色环保、可重复利用、能快速形成刚度等优点，并可通过与液压千斤顶配套使用对支撑施加并实时调整预压力，在对位移要求较为严格的基坑中得到较多应用。【关键词】:基坑工程，钢支撑，伺服系统，变形控制1引言钢支撑作为一项基坑工程施工技术应用越来越广泛。随着设备的不断改进优化，以及工程案例经验的累积，取得了显著的控制基坑变形效果。但是由于设计、施工以及钢支撑单位的认识理解偏差和各单位能力积累的差异，目前尚存在诸多问题，存在一定的工程风险。2工程概况某下穿工程地面道路为城市一级，下部为带围护结构的明挖暗埋隧道，快速路、双向六车道。其中为1.284km，隧道净高6.6m，双幅宽度31m，基坑开挖深度约9.5～18.8m，距离高层建筑最近5.4m，大多为粉质黏土，个别为淤泥条件，地下水位-2.1，基坑支撑采用砼支撑与钢支撑结合方式。3施工流程根据基坑降水、土方开挖、进度要求，提前计划备料混凝土支撑、钢支撑钢管、相关配件，做好进场检验。将支撑按设计长度进行试拼装，每小段土方开挖完成后，立即安装支撑并施加预应力，做到“随挖随撑、先撑后挖”的架设原则。待支撑位置的土方开挖后，围护桩先进行桩间网喷砼找平，将预先加工好的钢牛腿在灌注桩或者地下连续墙用膨胀螺栓固定。用吊车将围檩吊装就位，围檩与桩面的缝隙用细石混凝土填塞，防止支撑因局部受力过大而失稳。再进行钢支撑整体吊装，吊装完成后用千斤顶及时准确地按设计要求施加预应力，将支撑顶紧，使钢支撑处于受力状态，完成后定时观测预应力损失，及时复加预应力。4存在问题一、钢支撑成为薄弱项部分老旧钢支撑变形、壁厚薄等已不能满足要求，钢支撑变成薄弱项。支撑在使用过程中，一些存在初始缺陷的钢支撑会在高轴力下变形失稳，影响基坑安全。二、钢支撑接触不密贴活络端及固定端与围檩和预埋件之间受力存在点接触或接触不密贴，受力不合理。如图1图2所示，因围檩与钢支撑定位偏差、倾斜，钢支座加工偏差等原因，直撑或斜撑出现不密贴围檩和钢支座情况。通常支撑力较大，此种偏心易导致活络头“扭脖子”现象，可能导致支撑失稳，危及基坑安全。三、抱箍不可调节支撑与联系梁连接抱箍不可调节，如图3所示。立柱隆起较大时，高轴力易导致支撑偏心弯矩过大，导致法兰螺栓拉裂，甚至钢支撑脱落。四、轴力调整不规范支撑轴力动态调整形式多样，部分设计单位仅提供轴力预加值，施工单位依靠经验动态调整轴力，且轴力调整程序不完善。目前动态调整轴力主要有两种方式。第一种方式以设计轴力为主要依据，以第三方监测围护结构位移为参考，在设计轴力一定范围内调整轴力。轴力控制在安全范围，钢支撑处于安全状态，但是围护结构变形控制效果一般、存在轴力不变但位移一直变风险。第二种方式以围护结构位移为目标，将位移变化速率作为重点参数，设计轴力为辅，根据位移变化情况调整支撑轴力，具体调整标准依据施工单位经验。围护结构变形控制效果较好，但是轴力可能过大，影响钢支撑安全。五、轴力计易损坏支撑头支撑轴力监测广泛采用振弦式反力计，但需安装在支撑端部和围护结构之间，截面积较小，高轴力下易导致支撑头压缩变形，且在安装过程中易导致支撑偏心，存在较大风险。六、监测数据未能及时有效指导施工支撑得不到第三方监测数据、数据滞后或监测数据误差较大，另不是所有的支撑都布设监测点，不能及时、有效、全面的指导动态调整。因基坑变形数据过大，钢支撑单位拿到的数据比较滞后、或是认为监测数据与其自带位移监测值有差距，不能有效准确的指导动态调整轴力。七、钢支撑两端可调钢支撑采用伺服系统时，同根钢支撑伺服端、活络头不可同时使用，如一端采用伺服端、另一端采用活络头，伺服系统施压后，高轴力下支撑压缩变形大，高轴力增大支撑活络头偏心失稳风险，也减弱了控制变形效果。八、留撑不规范因倒数第二道支撑后拆留撑，实际工程中支撑留撑方案多样，存在失稳、防水问题。目前留撑主要有不留撑、换撑、预留钢垫箱。不留撑属于设计要求留撑但施工单位私自取消留撑情况，侧墙承载力较设计工况大，可能导致侧墙开裂、结构变形增大，危及围护结构安全;换撑就是待支撑下部内衬墙浇筑完毕后临时增加一道钢支撑，然后拆除原有支撑。5结论与建议针对以上工程中存在的问题，提出建议如下:一、施工单位应加强钢支撑原材料检验，根据设计图纸编制钢支撑施工方案，统筹管理钢支撑施工单位，做到权责明确，由建设单位、监理单位等监督落实。二、基坑开挖后及时测量，现场放样焊接支座，保证支撑头与支座密贴，斜撑支座优先采用装配式斜撑支座。三、在立柱桩支托和钢支撑之间、抱箍和钢支撑之间应通过采用硬木锲垫块，以便在桩身发生沉降或隆起时可释放过大的应力，同时能保证抱箍和支托的约束作用。四、设计应基于基坑变形控制进行钢支撑轴力设计计算，计算过程中调整各开挖工况下每道伺服钢支撑轴力，以满足变形控制要求。在施工图中明确钢支撑使用范围，提出各开挖工况下每道钢支撑的轴力设计值。钢支撑专业单位应经设计许可，根据轴力、位移变化情况，动态调整轴力。五、建议采用换撑或预留钢垫箱的方式留撑，预留钢垫箱应与支撑头可靠连接，限制支撑头移动。六、监测单位应及时向钢支撑单位提供基坑监测报表，紧急时出速报。参考文献：［1］龚晓南，侯伟生等/深基坑工程设计施工手册，-2版．北京：中国建筑出版社，2017.9ISBN978-7-112-20808-1。作者简介：胡远新（1974—），男，汉族，甘肃武威人，毕业于成都理工学院测量工程专业，高级工程师，现主要从事于工程施工和测量的研究和生产。浙江省丽水市省第七地质大队，323000，13958