浅谈钢-砼组合结构在临地铁深基坑换撑施工中的应用

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摘要：随着我国城市地铁工程建设的快速发展，地铁沿线的深基坑工程越来越多，此类基坑对变形控制要求高，而在深基坑土方开挖过程中基坑变形往往已经接近或者达到设计控制值，后续换撑、拆撑过程均又会使基坑继续产生变形，地铁运营和基坑安全风险较高。本文结合工程实例，浅谈钢-砼组合结构在临地铁深基坑换撑施工中的应用原理及施工工艺。

关键词：钢-砼组合结构；深基坑；换撑；变形

中图分类号： TU391 文献标识码： A

Abstract: With the rapid development of China's city subway construction, more and more deep excavation along the MTR, the pit on the deformation of high control requirements, and in the deep excavation pit deformation process often has been close to or reached the design value, the subsequent change of support, support removing process and make the foundation continue to produce deformation, high subway foundation pit safety risk. Combining with the engineering example, the steel-concrete composite structure in subway deep foundation pit support changing clinical application principle and construction technology in construction.

Keywords: Steel - concrete composite structure; Deep foundation pit; Change of support; Deformation

1.前言

随着我国城市地铁工程建设的快速发展，地铁沿线的深基坑工程越来越多，此类基坑对变形控制要求高，而在深基坑土方开挖过程中基坑变形往往已经接近或者达到设计控制值，后续换撑、拆撑过程均又会使基坑继续产生变形，地铁运营和基坑安全风险较高，这是所有此类工程面临的共同难题。钢-混凝土组合换撑结构采用钢管与砼牛腿结合体依靠外墙及底板结构进行换撑，能有效的控制基坑换撑施工中的基坑变形，保证地铁运营和基坑的安全。

本文结合工程实例浅谈钢-砼组合结构在临地铁深基坑换撑施工中的应用原理及施工工艺。

2.项目概况

某工程位于深圳市中心区，项目西、北、东侧为在建工程，南侧紧邻地铁一号线，建筑高度170m，临近地铁基坑深达16.9m，基坑坑壁距离地铁隧道外边线5.3m，基坑采用钢筋砼地下连续墙围护+四道钢筋砼内支撑。第一道内支撑对撑尺寸为1200×1000mm，第二~四道支撑对撑尺寸为700×800mm，连系梁尺寸对应为500×600、700×800mm。

3. 钢-砼组合结构换撑方法的特点

（1）控制基坑变形效果好

常规换撑方法是利用下方水平结构及传力带做支撑支护结构或者后拆法。对于前一种方法，下方换撑结构支点远离上方支撑梁，使得竖向支护结构跨度较大，不利于基坑和地铁变形的有效控制；对于后一种方法，其换撑支点更靠近支撑梁，控制基坑变形效果好，但在临近地铁深基坑中内支撑梁往往十分密集，内支撑梁与墙、柱冲突较多，无法先施工至上方楼层结构后拆除下方支撑。

钢-砼组合结构综合了上述两者的优点，利用外墙结构加钢管斜撑，增加了换撑结构支点，同时减小了竖向支护结构跨度，基坑及相邻地铁结构变形控制效果良好。

（2）构造简单,易于施工

此新型钢-混组合换撑结构利用了地下室外墙混凝土结构作为传力构件，钢管焊接、回填素混凝土工序简单易行，相较于混凝土换撑，其安装速度快，提高了施工效率。

（3）适用范围广

其构造结构在所有地下室结构施工过程中均可实施，适用于有竖向支护结构及基坑变形控制要求高的地下工程。

（4）成本低廉、节能环保

在上方楼层结构及永久传力带施工完成后，钢管斜撑可拆除回收或周转利用，不仅达到了降低工程成本、节约资源的目的，还避免了采用混凝土结构换撑导致后期拆除产生建筑垃圾，有利于保护环境。

4.钢-砼组合结构工艺原理

在靠地铁方向地下室底板面设置混凝土牛腿（位于工程桩上，并设钢板埋件），先施工地下室外墙（设钢板埋件）至支撑梁底，然后在靠地铁方向一侧外墙与支护结构之间浇筑素混凝土，再在外墙埋件与底板面牛腿钢埋件之间焊接钢管支撑，最终形成钢-混凝土组合换撑结构。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

图5.1施工工艺流程

5.2 施工操作要点

5.2.1 底板、牛腿、外墙钢筋绑扎、模板安装

施工过程中需确保牛腿钢筋锚固长度、安装位置准确。埋件开孔及焊接均由工厂制作完成。

图5.2.1底板、牛腿钢筋绑扎及钢板埋件安装

5.2.2 底板、牛腿及靠地铁方向一侧外墙混凝土浇筑

为减少施工缝，外墙与底板、牛腿混凝土连续浇筑，由于外墙混凝土浇筑完成面较高，采取先浇筑500mm高，待初凝时再浇筑至梁底标高。

图5.2.2底板、牛腿混凝土浇筑

5.2.3 浇筑外墙外侧素混凝土传力带

待上述外墙模板拆除后，在外墙与竖向支护结构之间浇筑C20素混凝土，该处混凝土仍需振捣，以提高混凝土密实度。

5.2.4安装钢管斜撑

根据钢管斜撑与埋件实际夹角对钢管斜撑进行放样和切割, 吊运钢管斜撑对准就位（钢管斜撑间距为3.5m-6m）,然后采用直流焊机将钢管斜撑与钢板埋件焊接一体，焊缝厚度控制在6mm以内。

图5.2.4 钢管斜撑安装

6. 质量控制

6.1质量管理措施

建立健全的质量管理体系，质量管理责任落实到人，对工程质量进行全方位、全过程管理和监控，确保各工序施工质量。

6.2混凝土质量控制

混凝土结构施工应符合设计图纸以及《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011年版）相关要求。

6.3钢管斜撑焊接质量控制

放样时先确定钢管与埋件夹角并划线后再切割，切口面应平整，以保证焊缝均匀性。

焊接连接应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的相关要求。焊接前认真清理埋件表面混凝土浆，焊缝需饱满，不得有咬边、气孔、裂纹、焊瘤等缺陷和焊缝表面存在几何尺寸不定现象。

7. 结论

钢-混凝土组合换撑结构具有控制基坑变形效果好、构造简单,易于施工、适用范围广、成本低廉、节能环保等优点，有效的控制了基坑及相邻地铁结构变形，保障了地铁运营安全和基坑施工安全；随着城市地铁建设加速，地铁沿线深基坑工程繁多，其基坑变形控制是面临的共同难题，钢-砼组合换撑结构在使用过程中灵活性较强，如地铁变形发展加快，可增加牛腿数量以增加传力点，也可在传力钢管内灌注混凝土以增加支撑强度、还可将传力钢管穿越地下室外墙至支护结构并施加预应力以控制甚至缩小地铁变形，具有很广的应用前景。

参考文献：

（1）薛建阳．钢与混凝土组合结构．华中科技大学出版社，2007.

（2）聂建国．钢-混凝土组合梁结构：试验、理论与应用．科学出版社，2005．

（3）张瑞云;刘杰;;钢-混凝土组合结构的研究与实践[J];石家庄铁道学院学报;2006年02期

（4）白晓红;白国良;新型钢-混凝土组合结构的应用与展望[J];工业建筑;2006年S1期

（5）陈伟恩;钢—混凝土组合结构节点抗震性能研究[D];福州大学;2002年