鱼腹梁钢支撑与传统混凝土支撑对比优势研究

鱼腹梁钢支撑与传统混凝土支撑对比优势研究

张浩,于洋,施沈卫,袁贵鹏,朱建新

中国建筑第八工程局有限公司 江苏省苏州市昆山市250000

【摘要】装配式预应力鱼腹梁内支撑系统是一种新型的基坑支护形式，近年应用逐渐增加。该系统是由鱼腹梁、对撑、角撑、三角键、钢围檩等构件拼装构成，构件可重复利用。然而，作为先进技术，目前尚未被广泛认识掌握，对其工法及优势不了解。对此本文以昆山某基坑工程为案例，通过对基坑施工过程的分析，总结该支撑系统相较于传统内支撑的优势，供类似工程设计参考应用。

【关键词】鱼腹梁；支撑；基坑变形；

引言

近年来，随着城市建设的飞速发展，高层建筑需求越来越大，地下空间利用要求高，基坑支护难度加大，基坑必须通过施加水平支撑以满足基坑顶部、深层土体的位移在规范允许范围内，从而保证基坑周围建（构）筑物、道路等设施在基坑回填之前，不会因基坑开挖或降水导致大的沉降变形而影响到这些设施的正常使用。同时，支护结构虽作为一个临时性结构，其造价不可小觑。因此，在基坑支护结构设计阶段，应以安全为前提，选择最优支护方案，以达到降低造价、便于施工和缩短工期的目的，同时因混凝土支撑造价高，不环保，鱼腹梁支撑逐渐在支护使用中占据重要角色。本文结合工程实例，分析对比鱼腹梁支撑相较于传统混凝土支撑的优势，提高对鱼腹梁支撑的认识。

1工程概况

某办公楼工程位于昆山市高新区，总建筑面积17.3万㎡，占地面积2.5万㎡，地上22层，建筑高度97m，结构形式为钢筋混凝土框架核心筒结构。地下建筑层数2层（局部3层），地下室埋深9.15m（局部12.15m）。基坑开挖总面积25874㎡，基坑周长737.5m。基坑安全等级一级。

根据地勘报告，基坑支护设计主要涉及以下土层：1层素填土：松散，主要为黏性土为主，厚度：1.10～3.70m。2层粉质黏土：可塑，土质不均匀，中压缩性，厚度：0.50～2.40m。3层黏土：可塑，土质较均匀，中压缩性，厚度：2.80～4.70m。4层粉质黏土：可塑，干强度中等，土质不均匀，中压缩性，厚度：1.00～2.60m。5层粉土：韧性低，干强度低，土质不均匀，中压缩性，厚度：1.50～4.50m。6层粉砂夹粉土：饱和，中密为主，土质不均匀，中压缩性，厚度：3.90～6.60m。7层粉质黏土夹粉土：韧性中等，干强度中等，土质不均匀，中压缩性，厚度：6.30～20.60m。8层黏土：可塑，韧性高，干强度高，土质较均匀，中压缩性，厚度：0.60～7.20m。9层粉质黏土：可塑，韧性中等，干强度中等，土质不均匀，中压缩性，厚度：0.90～5.90m。10层粉砂夹粉土：中密-密实，土质不均匀，夹粉土，中压缩性，厚度：3.30～13.90m。11层粉砂：中密-密实，土质不均匀，中压缩性。该层未穿透。

2基坑支护方案

本工程原方案为2道混凝土水平支撑。通过研究地勘报告及周边环境，基坑周边距离道路近，周边建筑物众多，基坑开挖深度9.15m，新方案采用钻孔灌注桩+预应力鱼腹梁钢支撑系统的支护形式，支撑平面布置为角撑、对撑与鱼腹梁相结合的形式。

3对比传统混凝土支撑的优势

本工程目前已经根据图纸设计要求完成2道水平支撑的施工，完成土方开挖，依据基坑施工情况，从以下几方面进行总结：1）造价优势；2）工期优势；3）基坑变形控制优势；4）环保优势。

3.1 造价优势

随着建筑业发展，传统的钢筋混凝土支撑，钢筋及混凝土含量较高，现阶段钢筋价格和混凝土价格居高不下，原方案2道钢筋混凝土水平支撑施工成本较高，与此同时钢筋混凝土支撑在地下结构施工完成后只能进行切割破碎，无法重复利用，切割过程中人工、机械投入大。

预应力鱼腹梁钢支撑使用装配式钢构件，支撑平面布置上可以优化，减少钢构件使用，节约成本。与此同时，预应力鱼腹梁钢支撑在使用完后可以拆除重复利用，避免了一次性投入，且钢支撑拆除相对简单，人工机械投入少，因而，预应力鱼腹梁钢支撑的租赁价格相对而言较低。本工程通过使用预应力鱼腹梁钢支撑，节约了成本20%。

3.2 工期优势

本工程地理位置特殊，工期紧张，需尽快完成地下结构施工。原方案传统钢筋混凝土支撑需绑扎钢筋，安装模板，浇筑混凝土，支撑杆件形成后需达到强度才能进行基坑的开挖。预应力鱼腹梁钢支撑只需进行构件组装，组装完成即施加预应力，预应力施加完成即可进行土方开挖。本工程施工按区域划分，同等区域混凝土支撑施工工期为20天，预应力鱼腹梁钢支撑工期为7天。通过计划的对比得出本工程整体水平支撑施工节约工期约60天。

3.3 基坑变形控制优势

传统混凝土支撑成型之后，随着基坑开挖，应力逐渐释放，基坑变形逐渐增大，位移变大，支撑轴力逐渐变大，此过程无法调节。为改变这种状况，预应力鱼腹梁钢支撑通过提前施加预应力控制基坑变形，同时钢支撑预应力在基坑开挖过程中可以多次施加，极大的减少了因基坑过度变形带来的危险。
在本工程的实际施工过程中，通过第三方的专业基坑监测单位对坑顶水平位移、坑顶

垂直位移、周边建筑物垂直(水平、倾斜)位移、周边管线垂直(水平)位移、周边道路（地表）垂直位移、立柱垂直位移、支撑轴力、地下水位、深层水平位移等多个项目的监测，对基坑的动态变形情况进行把控，本工程施工过程中，所有监测项目均无出现报警值情况，基坑整体稳定，周边无明显裂缝，基坑变形得到很好的控制，其中坑顶水平位移最大为点位W27，累计位移量为13.68mm。坑顶垂直位移最大点位为W39，累计位移量为9.10mm。周边管线垂直位移最大点位为GX50，累计位移量为10.20mm。深层土体水平位移最大点位为CX3，此部位深度7m位置累计位移量为18.53mm。具体基坑监测数据见表3~6，表中数据均为测点中较大值。CX3深层土体水平位移监测成果见图2。

表3坑顶水平位移表

表4  坑顶垂直位移表

表5周边管线垂直位移表

表6深层土体水平位移表

图2CX3深层土体位移监测成果图

3.4 环保优势

本工程周边为公寓楼，传统混凝土支撑涉及到大量的混凝土使用，基坑使用完，支撑拆除将产生大量的混凝土及钢筋废料，同时支撑拆除过程中将会产生噪声及扬尘污染，对基坑周边的居民造成较大影响。预应力鱼腹梁钢支撑使用装配式钢构件，安装拆除简单，材料重复利用，经济环保，对周边影响小。通过使用鱼腹梁钢支撑大大减少了投诉事件发生。

4 结语

1）预应力鱼腹梁钢支撑工艺成熟，平面布置灵活多变，能够很好的应对目前复杂多变的基坑，基坑变形小，预应力可多次施加，保证基坑的使用安全。

2）预应力鱼腹梁钢支撑相较于传统的混凝土支撑，安装拆除快捷方便，工期短，同时材料可重复周转使用，成本较低。

3）预应力鱼腹梁钢支撑避免了大量钢筋混凝土的使用，绿色环保，同时支撑拆除避免了噪声及扬尘污染。

参考文献

[1] 《预应力鱼腹式基坑钢支撑技术规程》（T/CCES3-2017）

[2] 杜常春 杜治国 郭安.预应力鱼腹梁钢支撑在深基坑围护中的应用.岩土工程技术.2020.34(5).254-259.

[3]   刘发前 卢永成.装配式预应力鱼腹梁内支撑系统的利与弊.城市道桥与防洪.2013.7(7).117-119