戎玉輝，余振錫，謝潘想

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

0 前 言

鋼材作為一種綠色，環(huán)保，可重復(fù)利用的新型建材已經(jīng)成為大勢所趨，隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷深入和建筑行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，對鋼材的使用要求也越來越重視，根據(jù)海關(guān)總署公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年9月份，我國進(jìn)口鋼材288.5萬t，同比增長159.9%，1～9月我國累計(jì)進(jìn)口鋼材1 507.3萬t，同比增長72.2%，已經(jīng)超過去年全年的進(jìn)口總量，裝配式H型鋼組合內(nèi)支撐整體結(jié)構(gòu)(見圖1)由不同尺寸的H型鋼通過高強(qiáng)螺栓連接而成，包括型鋼立柱，型鋼圍檁，預(yù)應(yīng)力加壓裝置，八字撐，角撐和對撐，目前國內(nèi)已經(jīng)有很多學(xué)者對裝配式H型鋼組合支撐在基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[1-2]，本文依托于馬鞍山某地下停車庫基坑工程對裝配式H型鋼組合支撐的現(xiàn)場檢測與有限元模擬進(jìn)行研究。

(a)對撐

1 工程概況

馬鞍山行政服務(wù)中心地下停車庫基坑工程位于安徽省馬鞍山市，鐘山路與青郵路交叉口西北角，該基坑工程南北長約160 m，東西寬約75 m，開挖深度約6.1～7.9 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用鋼板樁+H型鋼簡稱HUC組合支護(hù)結(jié)構(gòu)[3],內(nèi)支撐體系使用裝配式H型鋼組合支撐體系，基坑西側(cè)為公園皇甫小區(qū)，距離第一排房屋面積約為15 m，房屋高度約為55 m，危險(xiǎn)系數(shù)較高，北側(cè)、東側(cè)、南側(cè)分別為政務(wù)中心停車場，青郵路，鐘山路，危險(xiǎn)系數(shù)較低?；庸こ讨纹矫娌贾脠D見圖2，需開挖的土層狀態(tài)見表1。

圖2 基坑工程支撐平面布置圖

表1 需開挖的土層狀態(tài)表

現(xiàn)場的監(jiān)測內(nèi)容包括裝配式H型鋼組合支撐軸力監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測，分別采用振旋式頻率讀數(shù)儀、高精度全站儀極坐標(biāo)法、二等幾何水準(zhǔn)測量法進(jìn)行監(jiān)測，本次監(jiān)測自2020年10月25日到2020年12月1日，共監(jiān)測30次，累計(jì)水平位移量最大值測點(diǎn)4為19.84 mm,累計(jì)豎向位移量最大值測點(diǎn)10為6.39 mm，裝配式H型鋼組合支撐軸力監(jiān)測次數(shù)為12次，內(nèi)支撐軸力最大值增量N8為143.77 kN，從監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果來看裝配式H型鋼組合支撐軸力隨著土方開挖量的增加而逐漸增大，在內(nèi)支撐未完全閉合前，支護(hù)結(jié)構(gòu)在水平和豎向的位移隨著土方開挖量的增加也明顯增大，所以在土方未完全開挖前，應(yīng)做好應(yīng)對措施，采取分塊開挖的方式，邊開挖邊對底板混凝土進(jìn)行澆筑。

2 數(shù)值模擬分析

對于該基坑工程的有限元分析，幾何模型的總尺寸為

230 m×185 m×30 m，周邊地面超載取20 kPa，周邊建筑物層數(shù)及荷載作用位置按實(shí)際情況考慮，每層建筑物的附加荷載按10 kPa考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)的本構(gòu)模型采用線彈性模型，將鋼板樁+H型鋼組合支護(hù)結(jié)構(gòu)等效為地下連續(xù)墻[4],基本理論是虎克定律,應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系

{σ}=[D]{ε}

(1)

式中，[D]為彈性矩陣。

在基坑工程中采用Mohr—Coulomb彈塑性本構(gòu)模型，實(shí)際上就是線彈性模型加上Mohr—Coulomb破壞準(zhǔn)則[5]，它是一種理想性的彈塑性模型，不僅考慮了虎克破壞準(zhǔn)則，而且有土體剪脹性以及剪切屈服應(yīng)力等，裝配式型鋼組合支撐模擬采用尺寸為400 mm×400 mm×16 mm×25 mm多根型鋼組合而成。其內(nèi)支撐軸力圖、水平、豎向位移圖見圖3。

(a)內(nèi)支撐軸力圖

從數(shù)值模擬分析結(jié)果來看，該基坑工程水平方向最大位移為21.89 mm，比實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)19.84 mm多出2.05 mm，結(jié)果相差在允許范圍內(nèi)，在豎直方向的最大位移為10.98 mm比實(shí)際監(jiān)測結(jié)果6.39 mm多出4.59 mm，內(nèi)支撐最大軸力為2.08×103kN與N8軸的基礎(chǔ)軸力加上最大軸力增量相差不大，所以該裝配式型鋼組合支撐模擬結(jié)果只能為實(shí)際的基坑工程起指導(dǎo)作用。

3 結(jié) 論

1)裝配式H型鋼組合內(nèi)支撐作為一種新型水平內(nèi)支撐體系，是由不同尺寸的H型鋼通過高強(qiáng)螺栓連接而成，相較于傳統(tǒng)鋼筋混凝土內(nèi)支撐和單桿鋼內(nèi)支撐，具有可循環(huán)利用，對環(huán)境污染小，剛度比較大，明顯縮短工期等優(yōu)點(diǎn)。

2)隨著土方開挖量的增加，裝配式型鋼組合內(nèi)支撐軸力也逐漸增大，水平和豎向位移也明顯增多，所以在土方完全開挖前應(yīng)做好應(yīng)對措施，采取分塊開挖，對已經(jīng)開挖完成的模塊進(jìn)行澆筑底板混凝土澆筑。

3)通過監(jiān)測結(jié)果與模擬結(jié)果對比分析，裝配式H型鋼組合支撐應(yīng)用于基坑工程中均趨于安全狀態(tài)，結(jié)合其綠色環(huán)保，可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。

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