型钢支撑在某污水处理厂基坑优化中的应用
摘 要: 以某污水处理厂为工程背景，介绍装配式 H 型钢支撑的特点。应用装配式 H 型钢支撑对基坑内支撑进行优化，并对优化效果进行评价。结果表明: H 型钢支撑在工期、经济效益、施工便利性等方面均具有优势，可为同类工程应用提供借鉴。
关键词: 装配式，H 型钢支撑，基坑优化
1 概述
基坑内支撑通常采用混凝土支撑、钢支撑以及钢—混凝土组合支撑。混凝土支撑，施工时需要养护，工期长，拆除时产生大量的废弃物，废弃物回收利用率低。相比混凝土支撑，钢支撑具有自重轻、施工速度快、绿色环保、可重复使用和不产生废弃物的优点。本文介绍一种 H 型钢支撑体系，图1 为该装配式型钢支撑图，该体系由定型 H 型钢支撑、钢围檩、连杆、千斤顶、立柱、托梁等组成，支撑主要构件采用 H400 × 400 × 13 × 21。体系中的 H 型钢支撑、钢围檩、连杆均采用螺栓拼接，辅以千斤顶保持轴力。
该体系具有以下特点，型钢全部定型化，可重复利用，自由组合，普适性强; 采用全螺栓装配连接，大幅提高安装施工精度，便于形成平面桁架，整体性好; 通过自伺服千斤顶实时调节和监测支撑轴力，有效主动控制基坑变形; 该体系可有效应用于深大基坑工程。
2 工程概况
某污水处理厂水池为生物反应池，基坑面积约 15 148 m2 ，基坑周长约 537. 4 m。开挖深度 5. 3 m ～ 7. 45 m。场地现状为空地，西侧道路距基坑最近处为 32 m，北侧道路距基坑 55 m，南侧道路距基坑 44 m，东侧道路距基坑 150 m，周边无建筑物，场地环境相对简单。基坑底部主要位于②-2淤泥质粉质粘土层，土层的力学性质见表 1。
基坑原设计为围护桩 + 一道混凝土支撑，围护桩 AB， CD 段采用钻孔灌注桩，BC，DE，EF，FA 段采用 SMW 工法桩，立柱采用格构柱，设置对撑和角撑，东西对撑上设置混凝土栈桥。图 2 为混凝土支撑及栈桥布置图。
基坑典型剖面图见图 3，基坑顶部放坡 1 m，然后设置一道混凝土支撑。基坑底部靠近围护区域采用三轴搅拌桩坑内加固。
该基坑最大挖深 7. 35 m，基坑面积不大，施工简单，采用栈桥施工，过于浪费。由于该项目工期紧，且处于冬季施工，混凝土支撑及栈桥施工需养护才能进行基坑开挖，施工工期长，且混凝土支撑和栈桥拆除复杂，成本高。
3 型钢支撑基坑优化
针对本基坑中混凝土支撑的不足，对整个基坑进行优化，内支撑采用装配式型钢支撑。根据地勘资料，详细分析每个钻孔地层参数，细化围护桩的区间，钻孔灌注桩、SMW 工法桩规格型号均与原设计相同。AJB 段采用钻孔灌注桩，AJ 段取消内支撑采用悬臂桩支护。BKC 段采用 SMW 工法桩，JBK 段采用双拼型钢组合角撑，立柱采用 H 型钢，直接出入土体，在立柱桩上安装牛腿，在牛腿上安装托梁，托梁形成钢支撑的安装支座; 钢支撑端头采用混凝土牛腿，在混凝土牛腿上埋板，在埋板上焊接角钢，形成钢支撑安装的支座。CD 段采用钻孔灌注桩，KCD 段采用双拼型钢组合角撑，立柱、托梁、牛腿均与 JBK 相同。
DEFG 段采用 SMW 工法桩，钢支撑布置采用一组三拼 H 型钢构件，支撑端头采用八字撑，角部采用双拼角撑。
为了土方开挖方便 GH 段，优化为双排桩，双排桩顶部设置冠梁，中间用拉梁板连接前后排桩，形成整体门架支护结构。图 4 为优化后的型钢支撑布置图，图 5 为优化后的基坑典型剖面图。
基坑内出土口设置在 AHG 边，直接设置坡道至坑底， JBK，KCD，DEFG 下部的土方掏挖至无支撑区域，然后运离基坑。本优化方案施工简单，极大的节省工期和费用。
4 基坑优化后效果分析
1) 工期。混凝土支撑施工需要垫层、支模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土和混凝土养护等工序，混凝土栈桥和支撑施工步骤基本相同，混凝土支撑和栈桥要形成闭合的受力体系才能发挥支撑作用，从施工到发挥支撑作用时间约 20 d。混凝土支撑和栈桥拆除时施工复杂、安全隐患大、废弃物处理困难、成本高、工期长，同时不利于地下室成品的保护。
型钢支撑全螺栓装配连接，钢构件可在场地内预拼装，拼装好的构件直接采用塔吊、吊车安装即可，工序简单。安装完成后，采用千斤顶施加预加力，可快速发挥支撑作用，进行基坑开挖，安装速度快，可大幅度节省工期。经测算采用型钢支撑相比混凝土支撑基坑工期节约 20% 以上。
2) 经济效益。混凝土支撑安装和拆除费用简单计算如下，混凝土 500 元/m3 ，安装拆除成本约 1 000 元/m3 ，综合单价约 1 500 元/m3 ，如拆除时采用静力切割综合成本更高。钢支撑施工费用 1 200 元/t，租赁费 7 元/( t·月) - 1 ～ 8 元/( t·月) - 1 ，6 个月租赁费用约 1 440 元，按 6 个月计算，6 个月每吨钢支撑费用约 2 640 元。钢支撑可完全回收，每吨可替换 2. 5 m3 混凝土，每替换 1 m3 混凝土可节约 1 000 元以上。本项目不仅支撑成本大幅度降低且优化节省大量混凝土支撑，取消了混凝土栈桥，产生可观的经济效益。
3) 施工便利性。混凝土支撑施工工序多，需要投入多工种协同作业，投入劳动力多，工程量大，施工繁琐，质量隐患大，给现场的施工带来诸多不便。拆除时要采用重型机械破除，产生噪声和大量废弃物，废弃物清理不便，安全隐患大。钢支撑采用全螺栓装配连接，投入机械、劳动力均较少，安装精度高，施工速度快，简单方便，易操作。拆除时，只需释放预应力，拧下螺栓，采用吊运机械吊离现场即可，安全性高，全部回收，无废弃物。
5 结语
本文介绍了装配式 H 型钢支撑体系及其特点，以某污水处理厂基坑为工程背景，详细介绍 H 型钢支撑体系在基坑优化中的应用。1) H 型钢支撑采用全螺栓装配连接，施工简单，速度快，安全可靠，是基坑工程绿色发展的方向。 2) 相比混凝土支撑，H 型钢支撑在工期、经济效益、施工便利性等方面均具有优势，基坑工期节约 20% 以上，每替换 1 m3 混凝土可节约 1 000 元以上。3) H 型钢支撑可有效控制基坑变形，可应用于房建和市政基坑，为同类工程的设计及设计优化提供借鉴。
参考文献:
[1] 田惠文，陈新喜，王俊佚，等. 新型装配式基坑型钢支撑应用技术[J]. 建筑施工，2017，39( 8) : 1166-1169.
[2] 方兴杰，孙 旻，王 浩，等. 基坑双拼双层 H 型钢支撑施工 技 术 与 效 果 评 价[J]. 施 工 技 术，2019，48 ( 18) : 95-98.
[3] 冉岸绿，孙 旻，王 浩，等. 新型 H 型钢支撑工程应用浅析[J]. 施工技术，2018，47( S4) : 52-55.
[4] 汪海生，陶言祺. 装配式 H 型钢支撑在超深厚软土基坑中的应用[J]. 水运工程，2020( 11) : 161-165.
[5] 胡 琦，何品品，方华建，等. 预应力型钢组合支撑在大跨度基坑中的应用[J]. 建筑施工，2019，41( 12) : 2109-2110，2126.
《型钢支撑在某污水处理厂基坑优化中的应用》来源：《山西建筑》，作者：方兴杰 孙 旻 韩 磊 冉岸绿 吴剑秋
