摘要：深基坑工程中，采用钢支撑作为内支撑体系，应用十分广泛。钢支撑体系施工质量很难控制到位，经常出现应力不足或消散的情况，导致围护结构变形或地表沉降超限，进而造成结构侵限或出现周边建构造物损坏。在昆明地铁四号线苏家塘站基坑工程钢支撑体系安装过程中，初期出现了轴力问题，导致基坑预警的情况，后续通过对支撑原材、加压设备、支撑拼装、支撑架设、支撑加压、支撑轴力监测等一系列工作研究制定相应控制措施后，保证了钢支撑体系正常作用，有效抑制了基坑出现预警，确保了围护结构及周边环境安全。
关键词：深基坑 钢支撑体系 保证措施
1 引言
钢支撑为体系作用，并非单一作用，需要对钢支撑体系进行整体控制，方能有效保证预定支撑效果。针对钢支撑应力损失或消散，文献［1］从施工层面提出了支撑端板变形、围檩间隙填充破损、锚固不到位三个方面的原因；文献［2］结合施工监测，提出了施工及监测过程存在的3个方面的问题，针对施工过程存在的9个问题点，提出相关的工作建议，针对钢支撑体系运作保证，体系控制方面，目前尚无系统论述。
2钢支撑体系的概念及作用机理
围檩和钢支撑所形成的整体结构即钢支撑体系，其在基坑工程中起到平衡基坑内外水土压的作用。钢支撑在基坑工程中，是整体支撑替换基坑内土方，从个体受力转换到整体受力的过程，随着工况的变化，存在应力的多次分配。围护结构外部主动土压，通过围护结构刚性传递给钢围檩，进而传递给钢支撑，钢支撑对钢围檩起到弹性约束的作用。力的作用效果由点转换成线、再由线转换到面。
3钢支撑体系应用现状
3.1设计方面
钢支撑体系在作为基坑内支撑体系的一种，在设计中应用十分广泛，其具备拆装简易、可重复使用的优点。设计在对维护结构及支撑体系验算时，多采用单元模拟计算，选用代表性水文地质或存在地面超载的区域算取外部荷载，验算维护结构刚度、强度、以及地表沉降等指标满足规范要求，从而取得相关的支护参数。其力学模型建立在钢围檩能刚性传递荷载至围护结构，钢支撑本身不考虑弹性压缩或变形。为了确保实际工况尽可能吻合设计条件，设计对围檩与围护结构之间存在的间隙采用细石混凝土回填，实现线到面的传递作用；同时为了有效消除相互接头之间的间隙，通过预加轴力的方式使钢支撑主动受力，实现点到线的传递作用。
3.2施工方面
施工中多采用市场租赁的方式获取钢支撑体系材料，一般经过多次倒转使用；通过各种长度不一的节段实现支撑长度的调节，节段之间采用螺栓实现连接；支撑稳固装置通过现场焊设实现。围檩一般采用型钢组焊实现，节段之间一般不设置连接。围檩及支撑安装根据开挖进度逐步实现安装。
3.3监测方面
根据文献［3］相关要求，一般在基坑中部、阳角部位、深度变化部位、支护结构受力条件复杂部位等设置。通过轴力计实现轴力测定，进而判定支撑体系架设是否合格或是否安全。
4现状条件下存在的问题
4.1设计方面
4.1.1设计处理方面采用细石混凝土处理间隙的方式不可取，混凝土龄期过长，往往强度没有达到，现场就必须实施加压工作，不能有效实现线到面的传递作用。
4.1.2支撑连接头之间存在间隙，支撑在预加轴力及自身重力作用下，将导致支撑在接头处出现线受力情况。
4.2施工方面
4.2.1原材存在缺陷。
4.2.2支撑拼装多采用现场拼装，甚至可能出现悬拼的情况，抽线控制不到位。
4.2.3支撑螺栓扭矩不到位。
4.2.4安装基面不平整，部分围檩与围护结构间隙过大。
4.2.5 围檩自身处于断开状态，围檩受力出现悬臂梁的情况。
4.2.6支撑安装空间状态偏差较大。
4.2.7预加轴力不到位。
4.2.8支撑保护及限位措施不到位。
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4.3监测方面
4.3.1轴力监测不能有效代表支撑受力状况。
4.3.2轴力计与支撑端板不匹配。
5钢支撑体系保证措施
5.1设计缺陷解决措施
5.1.1通过调整设计措施，解决围檩填充料强度与支撑架设“时空效应”之间的矛盾。采用高强速凝材料实施围檩间隙填充，或通过增大围檩的接触面等方式能有效得到解决。通过计算围檩填充材料需要短时间内强度达到5Mpa左右即可满足承压要求。采取现场拌制高强快硬化砂浆，控制大于初凝30min,终凝时间不大于在60min，6h强度不小于10Mpa，可有效解决设计缺陷问题。
5.1.2实施支撑带压螺栓复紧工艺。针对支撑在预加轴力与重力双重作用下，支撑端面出现的线受力状况，在支撑加压的过程，派专人检查螺栓的松紧情况，用扭力扳手控制其扭矩达到规范要求，可以有效保证支撑端面不出现线受力状态，同时通过补压措施，可以保证支撑轴力不出现初期损失。
5.2施工问题解决措施
5.2.1原材缺陷主要体现在几个方面比较严重，一是物理指标偏差大；二是材料自身出现锈蚀或损坏。严格控制原材进场检验关。主要进行几项工作，一是对原材壁厚、直径、每延米重量、外观等进行全覆盖检查；二是对钢支撑焊缝进行全覆盖无损检测，对连接用的螺栓进行频次检测。
5.2.2支撑拼装时尽量选择固定的拼装作业平台进行，这样能有效确保支撑连接的垂直度，同时能有效保证螺栓的连接扭矩。如现场条件实在不允许的条件下，现场应考虑设置定位桩限位进行平面控制，采用激光水平仪配套进行水平控制。
5.2.3针对扭矩控制不到位的问题，通过螺栓扭矩抽检制度、螺栓拧紧实名制度能有效保证螺栓扭矩达到设计规范要求。抽检比例按10%，M20控制扭矩为690N.m,如抽检不合格，将对同一人作业的所有螺栓进行复检。
5.2.4对围檩架设面进行凿毛处理，一方面能有效保证后浇填充混凝土与基面密贴连接；另一方面能有效确保围檩架设面基本平整。
5.2.5施工当中，檩多处于断开状态，在设计计算中，围檩力学模型为多跨连续梁，而实际施工当中围檩受力多为双悬臂梁，完全改变了支撑体系的受力状况，降低了支撑的体系作用效果，可能出现相邻支撑轴力偏差很大的情况或维护结构无约束的情况。为了有效保证支撑系统受力，采用螺栓连接的方式实现围檩等效连接，一方面确保了其受力状态满足设计要求，另一方面保证了其拆装的便捷性。
5.2.6支撑空间状态控制重在控制支撑限位装置的精准度。
5.2.7预加轴力控制重点控制加压设备及加压工艺。加压设备必须经过检定，得出精准的力学关系式。必须采用分级加压、稳压及补偿加压等过程进行控制，分级加压能保证消除支撑间隙变形；稳压能有效保证间隙形变能耗得到补偿；补偿加压主要考虑楔形锚具过程产生的应力损失。
5.2.8在有效空间内进行机械作业，尤其是夜间作业，支撑被机械碰撞的概率比较高，因对支撑设置牢靠的限位装置不可或缺，同时采取贴设反光贴、设定专人指挥等措施能有效降低其碰撞的概率。
5.3监测问题解决措施
5.3.1增加轴力计布设数量，及时监测支撑轴力变化情况。当前比较潮流的应力伺服补偿系统，即实施支撑全监测，同时配备油泵补偿系统及自动控制系统。
5.3.2支撑轴力计较支撑端板要小很多，导致支撑端板应力过于集中，从而导致断面出现凹陷的现象。通过采取增加钢垫板的方式能有效避免类似情况出现。
6结论
6.1通过一系列措施采取，有效保证了基坑安全，同时基坑形变得到了很好的控制，表明现场研究制定的措施行之有效，可以为类似工程提供参考。
6.2 保证单根支撑轴力有效，是保证钢支撑体系正常运作的关键。
6.3线到面的传递过程较容易出现偏差，是体系控制的重点。
参考文献：
［1］唐文平.地铁深基坑钢管支撑轴力损失原因分析 广东土木与建筑 Vol 25 No.11 Nov 2018
［2］李书银,李世良.地铁深基坑预加轴力消散原因分析 1672-7479（2018）05-0039-04.
［3］《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911
论文作者:蒋志权
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
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