型钢组合支撑研究综述

胡 琦1,2 施 坚1 方华建2 竹 向2 黄星迪2 黄天明2

1. 浙江工业大学 浙江 杭州 310014；2. 东通岩土科技股份有限公司 浙江 杭州 310019

摘要：型钢组合支撑作为一种新型的基坑支撑体系，因为其施工快、安全性高、对环境影响小等优点而逐渐成为通用的支撑体系。为更全面地认识型钢组合支撑，介绍了型钢体系的演化过程，整理了型钢组合支撑刚度、稳定性及施工流程等内容，同时提出了今后型钢组合支撑可以研究的方向。关键词：基坑工程；型钢组合支撑；刚度；稳定性；研究展望

中图分类号：TU753.1 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2019)12-2111-03 DOI：10.14144/j.cnki.jzsg.2019.12.002

Research Review on Composite Support of Section SteelHU Qi1,2 SHI Jian1 FANG Huajian2 ZHU Xiang2 HUANG Xingdi2 HUANG Tianming2

1. Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310014, China; 2. Dongtong Geotechnical Technology Limited Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310019, China Abstract: As a new type of foundation pit support system, the steel composite support has gradually become a general support system because of its advantages of fast construction, high safety and little impact on the environment. To more comprehensively understand the composite support of section steel, the evolution process of section steel system is introduced, the stiffness, stability and construction process of composite support of section steel are sorted out, and the research direction of composite support of section steel in the future is put forward at the same time.Keywords: foundation pit engineering; composite support of section steel; stiffness; stability; research prospects1 深基坑支撑体系概述

在深基坑支护结构中，一般都会采用围护墙配上内支撑结构的体系。尤其是在部分软土地区基坑面积大、开挖深度深的情况下，内支撑由于不需要占用基坑外侧空间资源，同时能够有效控制基坑变形，因而得到大量采用。

支撑体系在空间上由水平支撑与竖向支撑两部分组合而成。其中：水平支撑主要用于平衡土压力与围护墙外侧水平作用力；竖向支撑则用于保证水平支撑在平面内外的稳定，同时需要承受由水平支撑传来的竖向荷载。水平支撑与竖向支撑都需要有良好的自身刚度以及相对较小的位移，以保证基坑围护墙的稳定。除此之外，支撑体系中的围檩用于协调支撑与围护墙之间的受力与变形，将支撑与围护墙整体相连，加强了基坑支护结构的整体性。

中的围护结构，一般包括钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩等；而内支撑主要采用混凝土支撑与钢支撑。

混凝土支撑一直是基坑支撑体系中最常用的支撑形式。使用钢筋混凝土容易塑造各种所需的支撑形状，在工况复杂、形状不规则的区域优先采用的便是钢筋混凝土支撑。混凝土支撑截面刚度大，现浇而成，整体性更高，变形相对较小。但是，基坑支撑作为临时建筑结构，在基坑完成后需要全部拆除，会造成钢筋混凝土的浪费，留下建筑垃圾，同时在拆除时会产生大量噪声与粉尘，这与国家所倡导的绿色环保理念相悖。除此之外，混凝土支撑在浇筑完成之后需要一定的养护时间，相对而言，工期会变得更长。

钢管支撑一般用于宽度比较窄的基坑之中，例如地铁工程等。它的优点是能够做到钢材料的循环利用。但是钢管支撑在挖土时施工较为困难，工期相对较长；同时，钢管支撑工艺精度较低且安全性不高，例如杭州地铁1号线湘湖站基坑坍塌，其中有一部分原因便是钢管支撑的稳定性不高[1]。

型钢组合支撑作为一种型钢支撑体系，几乎适用于所

2 支撑体系介绍

对于城市中的深基坑而言，近些年采用最多的便是排桩结合水平内支撑的支护体系。其中：排桩属于支护结构

作者简介：胡 琦（1978—），男，博士，副教授。通信地址：浙江省杭州市江干区九堡镇绿谷杭州东部创新中心6幢11楼（310019）。电子邮箱：huqi@zju.edu.cn收稿日期：2019-08-13

有的基坑。由于型钢支撑安装时采用高强螺栓连接，且采用多根型钢组合形成一道支撑，因此，强度与稳定性大大提高。同时，型钢支撑施工快，拆除后型钢材料又可回收利用，相对而言造价更低，已逐渐成为流行的支撑体系。

建筑施工·第41卷·第12期

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󰀁胡󰀁󰀁琦、施󰀁󰀁坚、方华建、竹󰀁󰀁向、黄星迪、黄天明:󰀁󰀁型钢组合支撑研究综述

3 型钢组合支撑

3.1󰀡型钢组合支撑结构

型钢组合支撑一般由数根型钢组合而成，型钢截面为H350 mm×350 mm×12 mm×19 mm或H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm。而支撑采用型钢的数量以及每根型钢之间的距离则由整体支撑所受的土压力以及支撑长度决定，往往在基坑角落支撑较短处采用2根型钢，如此既能方便施工，又能满足强度要求。型钢之间会设置槽钢盖板以增强支撑的整体性，并且在每根H型钢的翼缘上都会预打上一定数量的圆孔，以方便整个支撑盖板采用螺栓进行连接。在某些工程中，为了满足变形要求，除了采用与支撑垂直的横向槽钢盖板外，还会采用与支撑斜交的缀条进行拼接（图1）。

缀条

槽钢盖板

图1 型钢组合支撑的槽钢盖板与缀条

整道支撑会设置多道横梁，每道横梁之间距离约为10 m，横梁与支撑型钢之间采用高强螺栓连接。同时，横梁与立柱之间也采用螺栓连接。立柱一般采用型钢，当地基土质较好时可直接插入，土质较差时可设置钻孔灌注桩作为立柱桩（图2）。虽然型钢组合支撑的自重只有混凝土支撑的1/10左右，对立柱承载要求不高，但是立柱的刚度对支撑的稳定性却有着很大的影响。

型钢组合支撑在两端安装用于施加预应力的保力盒件，同时对于某些非常规的支撑，端部还会安装受力件，一般以三角受力件为主。支撑与压顶梁或者支撑与支护桩之间通过双拼H型钢围檩连接，围檩一边通过预埋螺栓与压顶梁连接，另一边与型钢支撑连接；除此之外，支撑与支护结构之间也可采用钢筋混凝土三角件直接连接。

型钢组合支撑安装完成之后，会施加预应力以保证基坑位移达到要求。一般在拼装完成之后，施加预应力总量的50%，后期再根据基坑开挖变形监测的情况逐步施加预应力。

3.2󰀡型钢支撑体系的发展

型钢支撑最初采用的是单杆式支撑形式，主要用于规模小且狭长的基坑中，主要目的是支挡土压力。随着基坑规模变大，单杆式支撑逐渐满足不了基坑变形要求，因此，网格式型钢支撑体系应运而生。网格式型钢支撑体系能够将多根型钢相互组合起来，从而形成整体效应（图3）。支撑杆件长度增加后，除了考虑承载力外，同时还需

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要考虑压杆稳定性的要求。

图2 型钢支撑立柱 图3 网格式型钢支撑体系

目前，型钢支撑体系中采用最多的还是复合式型钢组合支撑，以角撑、对撑等组合而成。在具体项目的实施过程中，一般根据基坑的实际情况分配型钢支撑类型。在基坑形状较为规整的情况下，一般会在基坑角落布置角撑，中间布置对撑；当基坑形状不规则时，特别是在型钢支撑难以安装的情况下，部分区域依旧会采用混凝土支撑。

3.3󰀡型钢组合支撑刚度研究

由于目前基坑设计要求主要为位移控制，因此基坑支撑刚度对确保基坑稳定十分重要。国家基坑规范[2-3]规定了

刚度计算方法，并且将支撑的计算长度设置为其实际长度或者是立柱中心间距；而在其他地方规范中，对于刚度计算长度的选取则略有不同，例如上海规范[4]要求将钢支撑计算长度取为其全长或者立柱中心距的1.2倍。但是当支撑结构形式产生变化时，以上刚度计算方法并不准确。

李瑛等[5]通过基坑监测发现，型钢组合支撑在使用中的实际刚度要小于理论刚度，其位移曲线并不是“大肚子”曲线，而是类似于悬臂开挖的抛物线。究其原因，可能是由于端板采用高强螺栓连接，随着支撑轴力增大，原本的摩擦型连接逐渐变化到承压型连接，端板错动导致支撑刚度发生变化。而如果需要提高支撑刚度，则可以采用增加端板面积等方法。

刘发前[6]研究了预应力式型钢鱼腹梁的刚度计算方法，认为当基坑宽度较大时，支撑刚度会减小，达不到理论计算值；同时为了能够将型钢刚度与强度相平衡，充分考虑预应力对型钢支撑刚度的影响，提出了“表现刚度”的计算方法。

3.4󰀡型钢组合支撑稳定性研究

在支撑受力计算中，支撑一般按照偏心受压构件进行计算。文献[7]提出了型钢支撑梁稳定性计算公式以及型钢支撑梁单肢型钢稳定性计算公式，其中支撑梁计算长度取为托梁之间的距离，单肢型钢的计算长度则取为相邻盖板的中心距。同时，围檩等构件的稳定性计算也需要符合GB 50017—2017《钢结构设计规范》的要求。

刘兴旺等[8]分析了型钢组合支撑中横梁对支撑梁在竖向平面和水平面内稳定性的影响，认为横梁只有达到一定刚度后，支撑梁在竖向平面内的稳定性计算长度才可以采

󰀁胡󰀁󰀁琦、施󰀁󰀁坚、方华建、竹󰀁󰀁向、黄星迪、黄天明:󰀁󰀁型钢组合支撑研究综述

用横梁间距；立柱对支撑梁在水平面内稳定性的影响很小，支撑梁稳定性长度应该取支撑全度。因此，在横梁刚度满足要求的情况下，规范中的计算方法可以应用于实际基坑工程中。

刘发前等[9]研究了多道立柱桩支承的装配式型钢支撑的稳定性，发现缀条的抗剪效果比缀板要好，规范中只考虑缀板或将缀板考虑为横缀条，计算结果将出现误差。

3.5󰀡型钢组合支撑施工

型钢组合支撑整体上采用高强螺栓连接，在施工上安装与拆除的速度较快，并且在施工完成后大部分型钢可回收利用。但型钢组合支撑对施工的要求较高。相较于混凝土支撑，型钢组合支撑的刚度较低，因此严禁施工机械碰撞和碾压支撑系统。

换撑与拆撑必须在地下室底板以及素混凝土传力带达到设计强度的100%后进行，并且在拆撑期间，监测单位应加强对围护体和周围环境的监测。施工单位应预先编制详细的拆撑方案，经业主、设计、监理等单位确认后，方可实施拆撑工作。混凝土支撑宜人工凿除，并采取措施确保施工人员安全。

一般型钢组合支撑的施工步骤为：施工工程桩和支撑立柱桩→施工三轴水泥土搅拌桩并插入型钢→分块开挖土体至压顶梁底标高→设桩顶坡面及地表混凝土面层，并设好地表排水明沟及集水井→施工压顶梁→分块开挖土体至预应力型钢组合支撑施工面标高，安装预应力型钢组合支撑→待预应力型钢组合支撑施加预应力后，分层分块挖土至地下室底板底标高→人工边修土边设底板垫层，并设好坑底集水井→挖地槽至承台及地梁底标高，并设好垫层及砖胎模→设好二次围护措施，挖坑中坑土体至设计标高，并设好垫层→基础和底板传力带施工→待底板传力带强度达到设计强度后，施工地下室顶板和顶板传力带→待顶板传力带强度达到设计强度后，拆除预应力型钢组合支撑→回填土方至设计标高→回收型钢并注浆→向上作业。

由于型钢支撑本身属于临时结构，因此在施工的同时需要对其进行必要的监测，而且监测工作应该贯穿于整个支撑安装、使用和拆除的全过程中。监测的内容主要包括支撑梁的轴力、围檩应力以及立柱位移等，测点的布置应当选择在轴力、位移较大之处。

3.6󰀡型钢组合支撑研究展望

型钢组合支撑作为一种新型支撑体系，虽已用于基坑支撑中，但是对其的研究并不多。其中规范[7]中的稳定性计算是基于钢结构规范而定的，但是在基坑中，型钢组合支撑作为一个整体的稳定性计算方法目前还没有。

对以往实际工程监测数据的研究发现[10-11]，相较于钢筋混凝土支撑，型钢组合支撑的刚度小于理论设计值，意味着型钢支撑的变形相对于混凝土支撑而言会变大，而且

与理论计算值相比也会变大。而基坑工程的变形控制是一项重要内容，且目前对于型钢支撑变形位移控制的研究很少，更没有通过型钢支撑现场试验对其稳定性作出研究。

不管是混凝土材料还是钢材，随着支撑长度的提高，环境温度变化产生的温度应力影响也相应变大，且对于型钢组合支撑而言，这种附加应力的影响尤为显著。但是对型钢组合支撑中的对撑、角撑、八字撑以及支撑长度存在变化情况的相关研究还没有涉及。

除此之外，面对不同的基坑形状与深度，应该采用何种型钢支撑布置方式也没有相关的研究。型钢组合支撑作为一种近似于装配式建筑结构的施工方式，能否与BIM等先进的理念相结合等研究问题也亟待学者们去探索。

4 结语

本文介绍了型钢组合支撑体系的发展、支撑刚度与稳定性研究进展以及型钢组合支撑施工流程等内容，总结了型钢组合支撑技术目前的研究成果以及存在的问题。相信随着科学技术的不断发展以及工程师们的不懈努力，型钢组合支撑技术会越来越成熟，并逐渐发展成为基坑工程支撑技术中不可或缺的一部分。

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[6] 刘发前.装配式型钢内支撑稳定性设计[J].城市道桥与防洪,2016

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