中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122

基坑內(nèi)支撐主要包括混凝土支撐和鋼支撐，混凝土支撐拆除時會產(chǎn)生大量的廢棄物，與綠色施工背道而馳；鋼支撐可重復使用，具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢。國外鋼支撐應用較早，在設計和施工上積累了大量的經(jīng)驗。我國鋼支撐起步較晚，20世紀90年代，隨著深大基坑的出現(xiàn)，建筑基坑開始采用鋼支撐體系，代表性的有上海浦東由由大廈基坑、上海華僑大廈基坑、北京國貿(mào)二期基坑等，當時采用的主要是圓鋼管支撐。隨著設計理論、設計方法、施工技術(shù)的進步，在國外技術(shù)的基礎上逐漸形成現(xiàn)階段的鋼支撐體系，現(xiàn)階段鋼支撐體系主要包括鋼管支撐、鋼管組合支撐、魚腹梁鋼支撐、型鋼組合支撐、補償裝配式型鋼組合支撐。文章主要分析鋼支撐的特點、應用現(xiàn)狀及存在問題，在此基礎上總結(jié)鋼支撐的發(fā)展趨勢。

1 鋼支撐的類型

1.1 鋼管支撐

鋼管支撐應用較早且較為廣泛，主要應用于長條形基坑、地鐵基坑和下立交等。鋼管支撐如圖1所示。鋼管支撐單根獨立使用，鋼管主要采用φ609mm等型號，鋼構(gòu)件端頭有法蘭圓盤，圓盤上開有螺栓孔，采用高強螺栓進行支撐的接長，支撐長度不超過40m。支撐端頭采用千斤頂作為預加力的施加方式，預加力施加完成后，打入鋼楔用于保持預加力，移走千斤頂。對于環(huán)境保護要求高的基坑，目前常采用固定于支撐上的千斤頂，配備軸力補償裝置。立柱一般采用型鋼和格構(gòu)柱，立柱上焊接牛腿，牛腿上安裝托梁，托梁作為鋼支撐的安裝支座，在鋼支撐與托梁上安裝限位裝置，限制支撐在托梁上的移動。

圖1 鋼管支撐

1.2 鋼管組合支撐

鋼管組合支撐是在鋼管支撐的基礎上發(fā)展演化而來，鋼管組合支撐如圖2所示。傳統(tǒng)的鋼管組合支撐是在鋼管間焊接連系桿，焊接對材料損傷較大。隨著鋼支撐的施工精度越來越高和裝配式技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了鋼管支撐節(jié)點連接件，構(gòu)件之間采用高強螺栓連接，形成了焊接量很小的鋼管組合支撐。該組合形式預加力和立柱的施工均與鋼管支撐相同，已應用于房建、市政項目，支撐長度可達到百米。

圖2 鋼管組合支撐

1.3 魚腹梁鋼支撐

魚腹梁鋼支撐最早應用于韓國及東南亞地區(qū)，在此基礎上，通過引進、消化吸收，發(fā)展成適用于國內(nèi)的支撐體系。魚腹梁鋼支撐如圖3所示，其由魚腹梁，型鋼對撐等組成，型鋼構(gòu)件主要采用H350mm×350mm×12mm×19mm和H400mm×400mm×13mm×21mm，構(gòu)件采用高強螺栓裝配連接。立柱采用立柱和格構(gòu)柱，立柱直接插入土中或下部采用樁基礎，支撐較重時采用格構(gòu)柱。支撐拼裝完成，張拉魚腹梁及施加對撐的預加力，形成平面預應力支撐系統(tǒng)。魚腹梁支撐跨度可達40m，為基坑土方開挖提供極大的便利，但對施工精度要求高。

圖3 魚腹梁鋼支撐

1.4 型鋼組合支撐

型鋼組合支撐是在魚腹梁的基礎上發(fā)展而來的，取消了魚腹梁形成了型鋼組合支撐，典型的組合支撐如圖4所示。型鋼構(gòu)件主要采用H350mm×350mm×12mm×19mm和H400mm×400mm×13mm×21mm，型鋼翼緣上開設螺栓孔，型鋼支撐方向采用高強螺栓拼接，橫向采用槽鋼蓋板連接，每組支撐采用多根型鋼相連。立柱一般采用H型鋼，根據(jù)土層條件，直接插入土中或下部采用樁基礎，多道支撐時可采用格構(gòu)柱。型鋼構(gòu)件可拼裝成圍檁，型鋼支撐與鋼圍檁之間采用高強螺栓連接，鋼圍檁與混凝土圍檁采用埋板牛腿連接。斜撐采用大三角鍵與鋼支撐連接。鋼支撐端頭使用千斤頂作為鋼支撐預加力的裝置，預加力施加完成后，移走千斤頂，填塞鋼楔保持預加力。

圖4 型鋼組合支撐

1.5 補償裝配式型鋼組合支撐

補償裝配式型鋼組合支撐是在日本型鋼支撐的基礎上發(fā)展而來的，如圖5所示。為補償裝配式型鋼組合支撐，型鋼構(gòu)件主要采用H400mm×400mm×13mm×21mm和H500mm×500mm×16mm×25mm，鋼構(gòu)件可拼裝成圍檁、八字撐，支撐形式可為雙拼、三拼及多拼，形成空間桁架體系，支撐間采用連桿和蓋板連接，所有構(gòu)件的連接均采用高強螺栓。立柱一般采用H型鋼，立柱直接插入土中或下部采用樁基礎，支撐較重時采用格構(gòu)柱。千斤頂安裝在型鋼支撐節(jié)段之間，基坑施工過程中千斤頂不拆除，實時施加預應力，結(jié)合軸力自動補償系統(tǒng)和全自動軸力監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)支撐軸力的實時補償。該體系成功應用于深大基坑，對環(huán)境保護要求高的基坑適用性強。

圖5 補償裝配式型鋼組合支撐

2 鋼支撐的主要特點、應用現(xiàn)狀及存在的問題

各類鋼支撐均具有自重輕、安裝拆除方便、材料可回收、節(jié)省工期、配備預加力裝置快速形成支撐剛度等優(yōu)點。但鋼支撐施工精度要求高，部分節(jié)點構(gòu)造復雜，施工質(zhì)量對整體穩(wěn)定性要求很大?；有螤顝碗s時，鋼支撐不易布置。支撐長度較長時，易產(chǎn)生累計安裝誤差。

2.1 鋼管支撐

（1）主要特點。單根支撐剛度大，可有效控制基坑變形。支撐構(gòu)件規(guī)格較多，需要根據(jù)支撐受力選擇鋼管截面。支撐需要單個安裝，且長度小安裝精度高，當基坑發(fā)生風險時，不易形成連鎖破壞。

（2）應用現(xiàn)狀。鋼管組合支撐適用于地鐵、管廊等長條形基坑，在這些基坑中積累了大量的經(jīng)驗，安全性高。

（3）存在的問題。材料易從內(nèi)部銹蝕、維修保養(yǎng)不方便、使用壽命低。圓形支撐構(gòu)件在材料運輸、安裝、存放不方便。支撐單根設置，支撐整體性差。支撐長度小于40m，應用范圍窄。

2.2 鋼管組合支撐

（1）主要特點。具有多規(guī)格的構(gòu)件，多種節(jié)點連接件，滿足不同規(guī)格的拼裝要求。根據(jù)支撐軸力的大小，選擇不同壁厚的鋼管。支撐可以單向使用也可以十字交叉使用，十字交叉時可采用節(jié)點鍵在同一平面內(nèi)連接或支撐上下層疊接。組合鋼管支撐整體性好，形成平面桁架體系，可以更好地控制基坑變形。采用千斤頂施加預加力，主動控制基坑變形，軸力可實時附加。鋼管組合支撐突破使用單根鋼支撐長度的限制，支撐長度可達百米，拓寬了鋼管支撐的使用范圍。

（2）應用現(xiàn)狀。鋼管組合支撐適用于民用及市政深大基坑，在較大深度、周邊環(huán)境復雜及地質(zhì)條件差的地區(qū)均可使用。

（3）存在的問題。材料易從內(nèi)部銹蝕，維修保養(yǎng)不方便，使用壽命低。圓形截面支撐構(gòu)件運輸、安裝、存放不方便。施工時安裝精度要求高，圓形截面支撐不易校正。支撐側(cè)向限位普遍較差，易側(cè)向偏移。目前缺乏對超長大跨度支撐的設計理論研究，依靠經(jīng)驗性較強。

2.3 魚腹梁鋼支撐

（1）主要特點。支撐構(gòu)件全部為H型鋼，構(gòu)件全部成模數(shù)，節(jié)點連接采用固定的節(jié)點鍵。H型鋼構(gòu)件維修保養(yǎng)方便，材料壽命長，運輸方便。立柱、牛腿、托梁等構(gòu)件也采用裝配化鋼構(gòu)件，裝配化程度高，焊接量小，安裝方便。支撐安裝完成后形成平面桁架體系，受力整體性好。魚腹梁張拉形成的空間大，方便土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工?；泳邆漭^大的施工空間，大幅度降低了施工難度，縮短了施工工期。

（2）應用現(xiàn)狀。魚腹梁鋼支撐已應用于國內(nèi)各地深大基坑，在面積大的基坑中，體現(xiàn)出較大優(yōu)勢。

（3）存在的問題。魚腹梁的安裝精度相比其他類型鋼支撐安裝精度更高，事故風險率高，安全度低。支撐拼裝采用斜交蓋板，加強支撐桿件的作用有限，受力體系不易分析。預加力施加裝置施加完成后即拆除，不能實時調(diào)節(jié)和控制軸力。

2.4 型鋼組合支撐

（1）主要特點。支撐構(gòu)件全部為H型鋼，構(gòu)件規(guī)格多，滿足不同長度的裝配需求。H型鋼構(gòu)件維修保養(yǎng)方便，材料壽命長，運輸方便。取消了魚腹梁部分，降低了風險，提高了支撐的安全度。斜撐采用大三角鍵連接，滿足節(jié)點的抗彎、抗剪要求。

（2）應用現(xiàn)狀。型鋼組合支撐應用于建筑、市政基坑工程中，在浙江地區(qū)應用廣泛，實踐表明，該支撐形式適用范圍廣。

（3）存在的問題。支撐拼裝采用斜交蓋板，鋼構(gòu)件不在同一平面內(nèi)，受力體系不易分析。預加力施加裝置施加完成后即拆除，不能實時調(diào)節(jié)和控制軸力。

2.5 補償裝配式型鋼組合支撐

（1）主要特點。構(gòu)件全部采用H型鋼，定型化支撐構(gòu)件，可重復利用，可拼裝成支撐、圍檁、八字撐等，自由組合，普適性強。采用螺栓、節(jié)點鍵、蓋板裝配連接，大幅提高安裝施工精度，便于形成平面桁架，整體性好。自動伺服千斤頂安裝在支撐上，基坑施工過程不拆除，實時調(diào)節(jié)和監(jiān)測支撐軸力，有效主動控制基坑變形。

（2）應用現(xiàn)狀。補償裝配式型鋼組合支撐主要應用于建筑、市政基坑工程，其在上海、南京等地應用廣泛，實踐表明，該體系可應用于環(huán)境保護要求高的支撐工程。

（3）存在的問題。節(jié)點連接采用蓋板，螺栓數(shù)量多，安裝不便。支撐間采用連系桿，系桿數(shù)量多導致基坑用鋼量大。

3 鋼支撐的發(fā)展趨勢

（1）裝配式。鋼支撐采用螺栓連接，安裝方便，保證安裝質(zhì)量。

（2）H型鋼組合支撐。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，采取H型鋼作為鋼支撐構(gòu)件，在構(gòu)件連接、組合及安裝方面均較鋼管擁有較多的便利性。

（3）可靠的預加軸力系統(tǒng)。實踐經(jīng)驗表明，預加力對于基坑及周邊環(huán)境變形的控制是十分有效的，可以解決鋼支撐自身剛度較小的問題。對于周邊敏感環(huán)境條件，新興的軸力自動補償系統(tǒng)證明是較為有效的手段，也是未來預加軸力技術(shù)的發(fā)展方向。

（4）自動實時的基坑健康監(jiān)測。鋼支撐體系對于溫度、應力、變形等因素十分敏感，這些因素的變化均會造成鋼支撐受力狀態(tài)的變化，甚至對鋼支撐體系的穩(wěn)定和安全造成影響。傳統(tǒng)的監(jiān)測手段監(jiān)測1～2次/d，采用人工采集，這種傳統(tǒng)的監(jiān)測手段不管是采集方式或是監(jiān)測頻率都難以滿足鋼支撐體系的監(jiān)測要求。因此需要開發(fā)能自動、實時進行數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)幕咏】当O(jiān)測系統(tǒng)。

4 結(jié)論

（1）鋼支撐技術(shù)呈現(xiàn)段多元化發(fā)展，各類支撐形式的研發(fā)豐富基坑內(nèi)支撐的形式。

（2）鋼支撐具有眾多優(yōu)勢，符合綠色施工和綠色建造的發(fā)展趨勢，在低耗能、環(huán)境低影響方面呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

（3）鋼支撐朝著裝配式、智能預加軸力系統(tǒng)、智能監(jiān)測方向發(fā)展。