深基坑钢格构柱竖向支撑体系施工技术

　　摘 要：深基坑支撑系统由水平支撑和竖向支撑两部分基本构件组成，为了解决深大复杂基坑内支撑易失稳的难题，钢格构柱竖向支撑体系得到了广泛的应用。本文通过钢格构柱在太原双塔北路地道工程中的实际应用，从深基坑竖向支撑工艺特点入手，重点研究了其施工工艺和方法，以期为类似复杂基坑工程施工提供借鉴。

　　关键词：深基坑;竖向支撑;钢格构柱;质量控制

　　隨着工程施工技术的不断革新，地下空间大面积开发成为一种可能，而地下结构修筑设计的范围较广，施工难度逐渐增大。地下结构修筑设计中，较为典型的工程是深基坑开挖支护。基坑开挖支护是一项系统工程，也是一项风险工程，内支撑系统由水平支撑和竖向支撑两部分基本构件组成。在此方面，诸多学者都进行了研究，且取得了较大研究成果。彭涛等研究了深基坑及地铁破坏的风险因素，并对此进行了风险评估[1];任志亮针对桩锚支撑中的预应力损失问题，结合理论分析和模型研究提出了内支撑+格构柱的支撑体系[2];陈保国等研究了深基坑采用地下连续墙应力集中问题，并研究了设计数据和实测数据差异对实际工程造成的安全问题[3];房有亮等基于工程实例研究了密集建筑区域深基坑支护体系受力和安全问题，实践应用了支撑轴力伺服系统[4];李博等基于基坑施工现场采集数据，采用数值模拟的方法，提出了“墙-撑-锚”组合支撑体系[5];宋利文研究了基坑支护体系冗余度设计问题[6];周群立等研究了基坑开挖引起中立柱隆起对支撑承载力的影响，提出了增大支撑结构横断来减少影响性[7];白晓宇等通过数值模拟和现场测试，对比分析了不同组合支护体系的基坑变形规律[8]。为了解决深大复杂基坑内支撑易失稳的难题，钢格构柱竖向支撑体系得到了广泛应用。

　　1 工程概况

　　双塔北路地下通道呈南北走向，位于太原站东侧，起止桩号分别为STK0+325和STK1+695。地下通道主要由暗埋段和敞开段两部分组成，其中，敞开段采用明挖法施工，基坑最宽处达43.9 m，最窄处为10.25 m，基坑深度为4～17 m，基坑总面积约为30 840 m2。

　　受周边环境、道路保通要求及红线的影响，主要采用基坑支护结构。支护结构主要采用桩撑体系，围护壁+多道内支撑的围护形式，围护壁采用钻孔灌注桩/型钢水泥土搅拌墙，水平支撑采用Φ609 mm×16 mm的钢管支撑，竖向支撑采用460 mm×460 mm钢格构柱。

　　深基坑立柱支撑主要由格构柱和立柱两部分组成。其中，格构柱由两部分组成，上部采用钢格柱，下部采用桩径为800 mm、长9～12 m的钻孔灌注桩。格构柱立柱详细构造如图1所示。

　　2 工艺特点

　　立柱水平支撑使用钢格构柱，将4根角钢用钢板连接形成整体结构。钻孔灌注桩施工过程中，将钢格构柱与钢筋笼焊接锚固在桩基内，形成立柱整体水平支撑系统。深基坑开挖至钢支撑安装标高位置后，用双拼槽钢将格构柱相连，将水平钢管支撑安置于连梁槽钢上，形成深基坑内支撑系统，从而保证基坑稳定，确保施工安全。

　　3 施工工艺及方法

　　3.1 施工工艺流程

　　首先，加工制作格构柱，放线确定桩位，钻机就位灌注桩成孔;其次，成孔检验，吊放钢格构柱钢筋笼，检验导管水密性，安放导管进行二次清孔;最后，灌注混凝土，待钻孔灌注桩混凝土达设计强度后，进行土方开挖，安装支撑结构，主体施工过程中，逐渐拆除钢格构柱支持，施工完成后实施回填土方。

　　3.2 施工方法

　　3.2.1 格构柱加工制作。项目采用460 mm×460 mm钢格构柱，采用4根160 mm×16 mm角钢通过400 mm×300 mm×12 mm钢板作为缀板连接成整体。缀板间隔300 mm，与角钢进行满边焊接，角钢与钢格构柱采用帮条焊接，具体如图2所示。

　　3.2.2 桩位放线。以建设方提供的放样点为基准点，采用控制点坐标，放样桩位控制点。钻机就位后，安放钢护筒。钢护筒直径为1 m，长度为3 m，护筒顶标高高于地面30 cm，护筒四周采用黏性土回填夯实，防止漏浆。护筒埋设好后，对桩位进行复测，确保护筒中心与桩中心的平面位置偏差不大于5 cm。

　　3.2.3 钻孔灌注桩成孔。钻孔灌注桩采用履带式旋挖钻机成孔，钻孔设备就位，护筒内泥浆注入，钻机校准钻孔施工。钻孔过程中，始终保持泥浆液面处于某一高度，孔深采用自动探测和辅以人工检测。现场钻孔如图3所示。钻孔至设计标高后，利用检孔器检测成孔直径、垂直度及孔形，报监理验收即可二次清孔。清孔采用换泥浆法，使其达到设计要求后，拆除钻具，移走钻机。

　　3.2.4 安放格构柱钢筋笼。施工需要按设计要求配筋，钢筋笼在钢筋加工场同一平台上整体制作，钢筋接头采用直螺纹套筒接头，同一连接区域上接头不超过50%。按设计要求，格构柱插入钢筋笼内不小于2.5 m，钢筋笼与格构柱全部焊接，焊接采用双面对称焊接，保证焊接质量。焊接完成后，补齐该范围加强箍筋，使格构柱钢筋笼形成一个整体。

　　钢格构柱采用小夹角起吊，对准孔位，使其垂直缓慢吊入孔中，在该过程中，防止钢筋笼触碰孔壁。现场施工如图4所示。

　　3.2.5 安装导管。灌注水下混凝土采用钢导管，导管内径为250 mm。灌注混凝土前，需要进行水密性试验，即现在进行导管连接，内部注0.6 MPa压力，持压2 min，现场滚动连接导管，检查导管是否漏水。从钢格构柱内部插入导管，下放时要缓慢下放，避免导管碰撞格构柱内部。

　　3.2.6 二次清孔。清孔分两次进行。成孔后按照要求完成清孔，当钢筋笼下放后，要进行二次清孔。清孔后，需要按照孔内泥浆指标进行检验，泥浆比重1.03～1.10，含砂率≤8%，黏度18～20 s。沉渣厚度控制在10 cm以内，清孔后30 min内灌注混凝土。

　　3.2.7 灌注混凝土。灌注混凝土时，控制水下C30混凝土的坍落度为18～22 cm。水下混凝土灌注时，首管埋深不能小于1 m，灌注过程中，两根导管内混凝土面高度控制在2～6 m，混凝土灌注速度不宜过快，防止钢筋浮笼现象的发生，桩顶部超灌50 cm。

　　3.2.8 土方开挖，安装连梁。土方开挖至每一道钢支撑设计标高以下50 cm时，平整场地，安装格构柱之间的连梁。首先，在格构柱上安装连梁牛腿，牛腿采用厚度为12 mm的梯形钢板，钢板与格构柱立柱双面满焊，焊缝长度为400 mm。其次，在牛腿上安装双拼40b槽钢，槽钢背面紧贴格构柱，并双面满焊固定。为了保证连梁稳固，在双拼40b槽钢上下缘用700 mm×300 mm×12 mm钢板满焊连接，钢板间距不大于2 m。格构柱与双拼槽钢连梁连接示意图如图5所示。

　　3.2.9 主体结构施工，拆除钢支撑、连梁。深基坑开挖完成后，进行地道主体结构施工。基坑基底经监理单位和设计单位验收合格后，浇筑结构垫层，施工底板防水层，并浇筑防水保护层混凝土，然后绑扎底板钢筋，安装端头模板，经现场监理工程师验收合格后，浇筑底板混凝土至侧墙以上0.5 m。结构底板达到设计强度后，拆除最下面一道鋼支撑，并拆除槽钢连梁，如图6所示。

　　3.2.10 拆除格构柱，回填土方。地道主体结构施工完成后，拆除格构柱。用等离子切割机将超出混凝土表面的格构柱按照从上往下顺序割断，用机械将格构柱缓缓放倒，并装车运至材料场摆放整齐。拆除过程中，安全人员全程盯控，防止格构柱碰触施工人员。切割完成后，用磨光机将切割面打磨平整，与混凝土表面保持平顺，同时，在格构柱断面均匀涂抹防腐蚀材料，并铺设高分子防水材料，防止主体结构受水侵蚀。

　　4 结语

　　以太原双塔北路地道工程为例，从深基坑竖向支撑工艺特点入手，重点研究了钢格构柱竖向支撑体系的施工工艺和方法，以期为类似复杂基坑工程施工提供借鉴。

　　参考文献：

　　[1]彭涛，彭青顺，邓帮，等.临近地铁线路的深基坑施工风险调查与评估[J].土木工程与管理学报，2020(6)：113-117.

　　[2]任志亮.复杂环境下地铁车站超深基坑锚索应力损失控制研究[J].铁道科学与工程学报，2020(12)：3157-3165.

　　[3]陈保国，闫腾飞，王程鹏，等.深基坑地连墙支护体系协调变形规律试验研究[J].岩土力学，2020(10)：3289-3299.

　　[4]房有亮，卢治仁，王进，等.基于支撑伺服组合系统超深基坑安全支护技术研究[J].隧道建设(中英文)，2019(增刊2)：120-128.

　　[5]李博，王贵和，李辉，等.深基坑“墙-撑-锚”组合支护体系变形特性研究[J].结构工程师，2019(5)：174-182.

　　[6]宋利文，谭燕秋.基于施工工况下冗余度的深基坑支护体系研究[J].地下空间与工程学报，2019(增刊1)：321-326.

　　[7]周群立，王斌，孙宏斌.地铁车站深基坑支撑下方中立柱设置优化研究[J].城市轨道交通研究，2019(7)：13-16.

　　[8]白晓宇，张明义，闫楠，等.土岩深基坑桩-撑-锚组合支护体系变形特性[J].中南大学学报(自然科学版)，2018(2)：454-463.

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