文/吳永男﹑崔振松 中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司 上海 226000

預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐在深基坑開(kāi)挖支護(hù)中的應(yīng)用探索

文/吳永男﹑崔振松 中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司 上海 226000

近年來(lái)，建筑工程數(shù)量及建筑物的密集度正在不斷攀升，為滿足日益提高的周邊環(huán)境﹑基坑性質(zhì)及地質(zhì)條件要求，基坑開(kāi)挖支護(hù)方案層出不窮，主要包括地下連續(xù)墻﹑鉆孔灌注樁以及人工挖孔灌注樁等，有效保障基坑的穩(wěn)定性，在實(shí)踐工作中發(fā)現(xiàn)在內(nèi)支撐中施加預(yù)應(yīng)力，能夠更好的提升支護(hù)效果，工后監(jiān)測(cè)效果理想。

預(yù)應(yīng)力；深基坑支護(hù)；工程

深基坑開(kāi)挖時(shí)為降低樁墻側(cè)向位移和壓力，避免基坑較大變形，通常在工程中應(yīng)用支撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)置支撐后應(yīng)用千斤頂?shù)燃虞d辦法施加軸向力，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力支撐，從而降低圍檁間的間隔﹑消除鋼支撐以及土體剪應(yīng)力，并且增強(qiáng)基坑邊坡穩(wěn)定性﹑控制基坑變形以及改善墻體受理?xiàng)l件。特別是軟土層，在一定深度的開(kāi)挖后要予以預(yù)應(yīng)力施加和支撐，從而降低流變效應(yīng)和土體塑性變形。

一、深基坑開(kāi)挖支護(hù)特點(diǎn)

深基坑開(kāi)挖支護(hù)屬于臨時(shí)性的結(jié)構(gòu)，具備較小的安全儲(chǔ)備以及極大的風(fēng)險(xiǎn)，一般在地下工程結(jié)束后便予以拆除，不再應(yīng)用。內(nèi)容主要包括土方開(kāi)挖及支護(hù)體系施工，屬于綜合性非常高的系統(tǒng)工程，其次，還具備較高的環(huán)境效應(yīng)和時(shí)空效應(yīng)。在不同的地基基坑中施工差異十分明顯，相同城市不同區(qū)域也有明顯差異，相鄰建筑物是深基坑開(kāi)挖支護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域。

深基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中，必須要滿足如下條件：檢測(cè)數(shù)據(jù)合格﹑基坑降水符合預(yù)定標(biāo)高﹑支撐結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度，隨后方可準(zhǔn)予施工。開(kāi)挖土方要循序漸進(jìn)并且均勻開(kāi)挖，一般情況下需要沿軸線由中向兩側(cè)開(kāi)挖。于圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊側(cè)進(jìn)行集水井與排水溝的布置，抽排明水。當(dāng)深基坑土方開(kāi)挖滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高后則開(kāi)始建筑混凝土墊層，從而平衡基底隆起變形，為深基坑營(yíng)造底層支撐，并且降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形速度。

從一定程度上來(lái)說(shuō)，支撐結(jié)構(gòu)是深基坑開(kāi)挖安全保障﹑控制基坑位移和收斂的有效途徑，支撐施工過(guò)程中對(duì)各個(gè)工序予以嚴(yán)格檢測(cè)，尤其是混凝土施工質(zhì)量﹑鋼材制作安裝，直至支撐﹑冠梁的強(qiáng)度達(dá)到100%后才可以進(jìn)行基坑挖開(kāi)工作。

二、預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的作用及影響因素

1.預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的作用

隨著市政工程的繁榮，基坑逐漸向著大﹑深的方向發(fā)展，當(dāng)基坑的深度達(dá)到一定的程度，其內(nèi)支撐剛度將會(huì)成次方的下降，且溫度影響十分明顯，目前常見(jiàn)的混凝土支撐和鋼支撐均難以滿足基坑水平位移的控制標(biāo)準(zhǔn)。但是，大量的工程實(shí)踐表明，預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐能夠有效控制這種深基坑的水平位移，是當(dāng)前深基坑開(kāi)挖中的最佳內(nèi)支撐辦法。在預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意以下兩方面：（1）開(kāi)挖土方前，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力充分激發(fā)坑壁外的被動(dòng)土壓力，從而有效降低位移作用；（2）考慮支撐支柱對(duì)支撐側(cè)向彈性約束，那么可以忽略強(qiáng)度削減以及整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

2.預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐的影響因素

（1）開(kāi)挖因素

內(nèi)支撐影響因素中開(kāi)挖因素是最主要的因素，在參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)研究成果和參考文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐暴露時(shí)間和開(kāi)挖空間尺度與土體位移存在一定的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)深基坑開(kāi)挖時(shí)的時(shí)空效應(yīng)，則可以以此為依據(jù)更好的控制土體位移。

（2）預(yù)應(yīng)力施加大小因素

預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐中通常應(yīng)用鋼材，主要由于鋼支撐自重較輕且便于裝拆，能夠降低圍護(hù)墻因土體蠕變和支撐時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致的變形；鋼支撐屬于工具式結(jié)構(gòu)，可以重復(fù)應(yīng)用；便于控制鋼管內(nèi)支撐的施工質(zhì)量，且沒(méi)有地層限制，對(duì)于各種條件的基坑工程均適用。鋼支撐從各個(gè)方面與混凝土對(duì)比具有較高的優(yōu)越性。因此在各種深基坑開(kāi)挖支護(hù)結(jié)構(gòu)中得以廣泛應(yīng)用。與混凝土相比而言最大的優(yōu)勢(shì)便在于預(yù)應(yīng)力的施加，但是混凝土只有在壓縮變形到一定程度后方可彰顯截面抗力能力，其次，這種支撐壓縮變形不利于環(huán)境環(huán)保。

三、預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐在深基坑開(kāi)挖支護(hù)中應(yīng)用實(shí)例論證

某人防工程地下兩層，戰(zhàn)時(shí)為甲類人防物資庫(kù)，完成地下建筑物施工后，于上方建設(shè)城市道路，工程總寬度為64.5m，總長(zhǎng)度為341.00m，東西兩側(cè)均為高層建筑物，各自高度為84m和51m，在其高層中間動(dòng)工人防工程。當(dāng)基坑開(kāi)挖直至一定深度后，緊鄰兩側(cè)建筑物，且距離不足10m，已不能正常應(yīng)用放坡施工。如果單獨(dú)應(yīng)用地下連續(xù)墻，則不能符合土體側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)用錨索加固，因高層建筑物基礎(chǔ)影響，并不能進(jìn)行錨索施工，因此為了保證周邊高層建筑的穩(wěn)定性及安全性，確保工程順利進(jìn)行，應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐加固﹑地下連續(xù)墻支護(hù)的方式予以深基坑開(kāi)挖。

圖1

如圖1，挖深1m后于0.5m處設(shè)置第一道支撐，分層次施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力達(dá)到150kN/ m（為了更加充分的激發(fā)被動(dòng)土壓力，預(yù)應(yīng)力值設(shè)定為承受土壓力值的0.8-1.1倍），圖中，圍護(hù)樁變形用實(shí)線表示，位移大小用橫坐標(biāo)數(shù)字表示（mm），不難看出，預(yù)應(yīng)力施加后，圍護(hù)樁發(fā)生變形，因?yàn)樽冃蜗蚩油獍l(fā)展，所以150kN/ m預(yù)應(yīng)力僅能向上推出不足10mm。圖中被動(dòng)土壓力變化用虛線表示（kN/m），施加支撐預(yù)應(yīng)力后，土體生成被動(dòng)土壓力，且峰值達(dá)到22kN/ m，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐，因鋼支撐的剛度較低，所以支撐壓縮量高于100mm。此支撐變形壓縮主要在預(yù)應(yīng)力施加時(shí)完成的，并且被千斤頂活塞伸長(zhǎng)和應(yīng)力裝置消化，所以累計(jì)水平位移并無(wú)影響。

在4.5m挖深處設(shè)置第二道支撐，預(yù)應(yīng)力施加250kN/m。9m坑深狀況，基坑壁位移均控制在20mm以內(nèi)。其中，第一道支撐壓力變化為155kN/m-148kN/m，第二道支撐為250kN/ m-272kN/m，總體變化不滿10%。

由此可見(jiàn)，為基坑內(nèi)支撐施加合理的預(yù)應(yīng)力，能夠有效控制樁后土體沉降以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，從而確?；臃€(wěn)定，避免基坑變形。并且預(yù)應(yīng)力相同的條件下，施加在第一道支撐的樁后土體沉降與支護(hù)位移控制效果明顯優(yōu)于第二道支撐施加。

預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐能夠有效降低支護(hù)結(jié)構(gòu)和土方位移，最主要的原因便是預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐能夠抵消壓力，并且消除土體機(jī)具的剪應(yīng)力，當(dāng)然預(yù)應(yīng)力值要控制在合理的范圍內(nèi)，例如Tsui和Clough便提出過(guò)大的預(yù)應(yīng)力對(duì)基坑開(kāi)挖支護(hù)的效果作用不明顯，主要由于過(guò)大的預(yù)應(yīng)力可能會(huì)致使支護(hù)結(jié)構(gòu)外位移，從而對(duì)地下管線及周邊建筑造成破壞，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)予以注意。

總結(jié)：

總而言之，在深基坑開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力內(nèi)支撐，能夠有效控制樁后土體沉降以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，有效提高基坑邊坡穩(wěn)定性﹑控制基坑變形以及改善墻體受理?xiàng)l件，值得廣泛推廣應(yīng)用。

[1]趙飛,楊闖.預(yù)應(yīng)力管樁加內(nèi)支撐技術(shù)在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用研究[J].科技風(fēng),2012(19):134-134.

[2]李旭強(qiáng).談大型預(yù)應(yīng)力鋼支撐在深基坑支護(hù)工程的應(yīng)用[J].山西建筑,2014(23):103-104.