劉發(fā)前,盧永成

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200092）

0 前言

基坑工程是巖土工程中重要的研究方向之一，也是工程中的難題之一。由于各個(gè)工程的規(guī)模、地質(zhì)水文條件和周圍環(huán)境不同，使得每個(gè)基坑工程都是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在基坑工程的設(shè)計(jì)中，內(nèi)支撐系統(tǒng)是工程師們計(jì)算和分析的主要內(nèi)容。在我國，常用的基坑內(nèi)支撐為鋼筋混凝土支撐（為梁或板）和型鋼支撐，根據(jù)基坑的平面形狀予以布置。一般情況下，支撐的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)抗壓承載力驗(yàn)算和平面、豎向的穩(wěn)定性驗(yàn)算，且后者往往是確定支撐斷面的主要因素。然而，對(duì)于大跨度基坑而言，為了減小支撐的計(jì)算長度均布置很多立柱以滿足支撐的穩(wěn)定性驗(yàn)算[1～5]。實(shí)踐中，立柱間的間距為10 m～16 m，這使得大跨度基坑中需要布置很多立柱，大大影響了基坑土方開挖的速度。

基于此，科研和工程設(shè)計(jì)人員一直致力于尋找一種無立柱和開放式的支撐方式。而在韓國，工程師們?cè)?0 a前就開始了裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁內(nèi)支撐系統(tǒng)的研究。國內(nèi)已正在進(jìn)行該類內(nèi)支撐系統(tǒng)的研究，并在多個(gè)工程中成功應(yīng)用。然而，以上案例的基坑跨度均較小，最大跨度在40 m～50 m之間，亦通過施工監(jiān)測獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文所述的南京繞城公路地道跨度達(dá)80 m，為了加快施工進(jìn)度亦采用了該種支護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該種系統(tǒng)的一個(gè)新的突破。鑒于目前對(duì)該種支護(hù)系統(tǒng)的文獻(xiàn)較少，所依據(jù)的工程案例規(guī)模也遠(yuǎn)小于該工程，因此對(duì)工程支護(hù)系統(tǒng)工作全程期間進(jìn)行了跟蹤監(jiān)管。本文即對(duì)其優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)其不足之處提出建議，希望進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)廣大。

1 工程概況

繞城公路地道位于京滬高鐵南京南站北側(cè)，為了實(shí)現(xiàn)景觀美，打造南京南站片區(qū)的美好環(huán)境，繞城公路與出入車站的主干路（玉蘭路）交叉口處采取地道方案，即繞城公路下穿玉蘭路。地道建成后的實(shí)景如圖1所示。

圖1 繞城公路地道建成后實(shí)景

繞城公路地道共分14車道，采用單箱四室的結(jié)構(gòu)形式，標(biāo)準(zhǔn)段車道凈寬度分別為17.5 m+20.45 m+20.45 m+11.75 m，結(jié)構(gòu)總寬度為74.85 m。地道全長790 m，其中在玉蘭路下為暗埋段，長為130 m。施工時(shí)，基坑寬度約為80 m。由于玉蘭路須在京滬高鐵通車（2011年7月1日）前貫通，因此該地道暗埋段部分亦需此前施工完成并做好其上路面結(jié)構(gòu)，初步確定暗埋段結(jié)構(gòu)完成時(shí)間為6月20日。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁和SMW工法樁結(jié)合的型式，在暗埋段部分采用鉆孔灌注樁。圍護(hù)樁在2011年4月上旬方施工完畢并開始土方開挖。由于工期非常緊，自基坑開挖至結(jié)構(gòu)完成整個(gè)施工工期不足3個(gè)月。為加快進(jìn)度，設(shè)計(jì)單位與建設(shè)單位協(xié)調(diào)決定采用裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁內(nèi)支撐系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由魚腹梁、對(duì)撐、角撐、三角連接構(gòu)件和圍檁等構(gòu)件拼裝構(gòu)成。魚腹梁主要將預(yù)加在鋼絞線上的預(yù)應(yīng)力形成支撐力，與基坑側(cè)壁的土壓力平衡。鋼絞線的拉力通過魚腹梁底梁傳遞到與其相鄰的三角連接構(gòu)件上，最終傳遞到角撐（對(duì)撐）上。該種支護(hù)系統(tǒng)僅需在型鋼對(duì)撐、魚腹梁的型鋼架下設(shè)置型鋼立柱。型鋼對(duì)撐是由多根H型鋼橫向拼接而成，對(duì)撐間距可達(dá)數(shù)十米。型鋼對(duì)撐之間架設(shè)魚腹梁，而魚腹梁緊貼圍護(hù)墻設(shè)置，因此中間大片區(qū)域未有任何構(gòu)件影響土方開挖施工，大大提高了土方開挖的效率，該工程暗埋段的圍護(hù)平面圖如圖2所示。內(nèi)支撐系統(tǒng)是由兩道型鋼對(duì)撐（包括主枝和八字撐）和中間所夾37 m長魚腹梁所構(gòu)成，由此可見中間大部分區(qū)域均為開放式，除了部分降水井（該圖未顯示）以外沒有任何設(shè)備影響施工。

圖2 玉蘭路節(jié)點(diǎn)（暗埋段）圍護(hù)平面圖

2 優(yōu)點(diǎn)分析

如前所述，該支撐系統(tǒng)是由各種類型的型鋼通過螺栓連接而成，部分節(jié)點(diǎn)焊接。因此，型鋼可在現(xiàn)場連接或場地加工廠進(jìn)行螺栓連接，根據(jù)吊裝能力確定半成品的長度。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)均由型鋼通過螺栓連接，只需人工作業(yè)，因此所需的作業(yè)面較小。這樣，在工期較緊的情況下，可增加工人數(shù)量來加快結(jié)構(gòu)的拼裝速度，靈活性較大，特別適用于進(jìn)度要求高的工程。

由圖2可以看出，型鋼對(duì)撐之間的大片區(qū)域沒有任何設(shè)施，在大跨度基坑施工中，土方開挖的效率較高。其次，在該工程中，中間區(qū)域（I區(qū)的A區(qū)是在兩端型鋼對(duì)撐拼裝的過程中并行完成的，兩側(cè)B區(qū)留有僅20 m寬度范圍待支撐結(jié)構(gòu)拼裝完成并施加預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行開挖。開挖具有很大作業(yè)面，可有多個(gè)挖土、運(yùn)土機(jī)械同時(shí)施工，大大節(jié)約了土方開挖的時(shí)間。

型鋼之間完全由螺栓連接，因此拆撐工序亦較簡單快速，只需將預(yù)應(yīng)力卸除后松動(dòng)螺栓即可完成，然后將型材托運(yùn)出場地，可實(shí)現(xiàn)完全回收。

3 缺點(diǎn)及不足

魚腹梁內(nèi)支撐系統(tǒng)的典型要求是受力封閉且同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，否則容易造成支撐受力不平衡，影響基坑的支撐性能乃至基坑的整體穩(wěn)定性。這對(duì)平面上封閉的基坑而言完全不存在問題，但是，對(duì)于地道工程等長條形基坑，要達(dá)到完全受力封閉則需要整個(gè)基坑同時(shí)施工，這是不可能的。因此，需增加額外措施保證支撐的力系平衡。綜合考量這些額外措施，設(shè)計(jì)和施工的難度較大，需要專業(yè)的隊(duì)伍施工，大大限制了該支撐體系的應(yīng)用范圍。另外，若將額外措施的費(fèi)用考慮到支撐體系中，其整體造價(jià)相較于常規(guī)型鋼對(duì)撐而言偏大，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢亦有限。

型鋼對(duì)撐的剛度，在跨度較大時(shí)相對(duì)偏弱，造成基坑的水平位移較大。從圖2可以看出，兩型鋼對(duì)撐之間近140 m寬度的坑外荷載最終由型鋼對(duì)撐承受，這就要求對(duì)撐的承載力必須足夠強(qiáng)大，否則容易造成安全隱患。當(dāng)然，如果將圖2中的“八字”撐取消或減小，其支撐效果要好得多。毫無疑問，這樣將增加型鋼的用量，亦削減了其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，設(shè)計(jì)單位需要綜合考慮以選擇最經(jīng)濟(jì)、安全的支護(hù)系統(tǒng)形式。

如前所述，支撐系統(tǒng)均為型鋼通過螺栓或焊接連接成一整體，對(duì)于大跨基坑而言，一根H型鋼對(duì)撐可能需要多節(jié)連接而成。螺栓連接或焊接的有效性是保證支撐系統(tǒng)功能的根本，然而，由于連接點(diǎn)數(shù)量巨大，誤差累積明顯；若某處存在薄弱點(diǎn)而破壞，荷載則會(huì)直接轉(zhuǎn)移至鄰近的連接點(diǎn)。因此，確保每個(gè)連接點(diǎn)的有效性至關(guān)重要，給日常檢查增加了很大工作量，這就要求施工操作人員有足夠的耐心和責(zé)任心。

基坑支撐設(shè)計(jì)中，一般要求施工機(jī)械不能觸碰支撐構(gòu)件。對(duì)于該支撐系統(tǒng)，魚腹梁的抗干擾能力尤其差，因?yàn)樗峭ㄟ^施加錨索的預(yù)應(yīng)力來形成內(nèi)部型鋼的支撐力的。一旦受到施工機(jī)械的撞擊，容易上拱或下傾，大大降低其承載能力。當(dāng)然，這可以通過精細(xì)化施工來避免。

魚腹梁的預(yù)應(yīng)力索及型鋼對(duì)撐的預(yù)應(yīng)力施加是目前施工的難點(diǎn)，其值的確定是根據(jù)坑外荷載的大小確定。在該工程中預(yù)應(yīng)力只能一次施加到位，對(duì)于如此復(fù)雜的系統(tǒng)，要想達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)應(yīng)力要求施工難度較大，但目前國內(nèi)部分學(xué)者正在作該方面的研究，相信在將來的工程中可以實(shí)現(xiàn)。

4 主要結(jié)論及建議

預(yù)應(yīng)力魚腹梁內(nèi)支撐系統(tǒng)在常規(guī)基坑、規(guī)模不大的情況下，適應(yīng)性較強(qiáng)，布置亦較為靈活。由于該系統(tǒng)完全是由型鋼通過螺栓或焊接連接，同時(shí)，由型鋼對(duì)撐與魚腹梁支撐間隔布置，使得開挖速率大大提高。然而，亦正是如此，該系統(tǒng)存在著很多令人擔(dān)憂和有待于改進(jìn)的地方，尤其是對(duì)于大跨度基坑而言，需要增加支撐的剛度、減小魚腹梁的寬度等措施來增強(qiáng)支撐的承載能力，同時(shí)，需要施工操作人員的細(xì)心和精細(xì)化施工以確保支撐系統(tǒng)的安全和零風(fēng)險(xiǎn)。若想將該系統(tǒng)普及化，尚需對(duì)該工藝進(jìn)行進(jìn)一步的探索和改進(jìn)，找出其中問題所在，這也是筆者寫作本文的目的。同時(shí)，希望同行專家能夠?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行熱烈討論，進(jìn)一步完善該類支撐系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)。

[1]JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]DGJ32/J 12-2005，南京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]DBJ 15-31-2003，廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]DGJ08-61-2010,上海市基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].