1 基坑鋼支撐結構體系簡介

基坑支撐系統包括鋼筋混凝土支撐體系和鋼結構支撐體系兩種。傳統的鋼筋混凝土支撐體系需要較長的制作和養護時間，制作后不能立即發揮支撐作用； 拆除混凝土支撐的工作量大、粉塵污染嚴重、振動大、噪聲大，且材料不能重復使用，不符合目前綠色施工的要求。

地下鋼支撐系統可以很好地克服鋼筋混凝土支撐系統的上述缺點，不僅如此，鋼結構支撐體系可通過液壓千斤頂施加預壓力，實時監控并調節支撐力，實現基坑位移的嚴格控制，以滿足基坑周邊地鐵、重要管線等對基坑開挖環境效應的嚴苛要求。地下鋼支撐體系是基坑支護體系的一種，由水平型鋼支撐、型鋼立柱以及鋼腰梁組成的基坑內支撐結構體系，用以承受圍護墻體所傳遞的荷載，對保持基坑穩定、防止土體松動、防止圍護結構傾斜、位移以及對周邊環境的保護等都起著重要作用。與鋼筋混凝土支撐體系相比，基坑鋼支撐體系具有如下優點：①自重輕、安裝和拆除方便；②施工速度快、可以重復利用；③安裝后能立即發揮支撐作用，對減小由于時間效應而產生的支護結構位移十分有效；④可通過千斤頂施加預壓力，實時監控并調節支撐力。

常見的基坑鋼支撐體系有型鋼支撐和鋼管支撐兩種，如圖1所示。

2 國內基坑鋼支撐體系應用現狀

我國于2011年1月出版了圖集《建筑基坑支護結構構造》11SG814,該圖集給出了鋼支撐系統常用的技術參數與節點構造； 于1999年9月出版并于2012年修訂了行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012,該標準給出了鋼支撐系統的設計計算方法。

國內較早成功應用基坑鋼結構支撐體系的典型案例為1998年獲得北京市科技進步三等獎的北京國貿二期項目。該項目基坑東西長約256m,南北寬約51m,開挖深度18. 6m,設3層水平支撐。第1,2層為鋼支撐 （ 分別位于- 2. 500,- 8. 000m） ,在- 2. 500m處設鋼筋混凝土冠梁，在- 8. 000m處設型鋼腰梁，支撐間距8m.基坑中間設置3排鋼立柱。立柱側面設牛腿支承鋼支撐； 鋼支撐之間以縱向系桿連接，以保證鋼支撐的整體性。鋼支撐、立柱、縱向系桿交接處用焊接角鋼（└100 × 16） 做成鋼套箍，使之成為牢固的整體。鋼支撐的布置如下：每隔8m左右布1道橫撐，角部設斜撐，在基坑寬度方向設3排立柱，在支撐與立柱交匯處設系桿（ 見圖2）。

鋼筋混凝土支撐由于剛度大、成本低、施工方法相對簡單，占據了我國基坑支護的主要市場。鋼支撐僅在對基坑位移要求較為嚴格的基坑中得到較多應用，且常采用第1道支撐為鋼筋混凝土支撐、第2道支撐為鋼支撐的做法（ 見圖3）。

國內鋼支撐常用的材料有鋼管和型鋼2種。鋼管多用\ue788609鋼管，型鋼支撐多用H型鋼，組合型鋼也可作為鋼支撐。鋼管支撐為中心對稱截面，在壓力作用下平面內外穩定性一致，因而應用最為廣泛。由于鋼支撐的 剛度 約 為 鋼 筋 混 凝 土 支撐 的1 /5 ~ 1 /10,國內公認鋼支撐的適用范圍為跨度≤40m形狀的規則基坑。鋼支撐體系常用的平面布置形式有對撐、角撐、邊桁架、邊框架、圓拱形撐等。一般情況下對于平面形狀接近方形且尺寸不大的基坑，宜采用角撐； 對于形狀接近方形但尺寸較大的基坑，宜采用環形、邊桁架支撐； 對于長方形基坑，宜采用對撐或對撐加角撐（ 見圖4）。鋼管支撐的接頭形式有焊接和螺栓連接2種，螺栓連接現場拼裝便捷、無焊接殘余應力問題，因而在實際應用中較為常見（ 見圖5）。

為克服鋼支撐剛度小的缺點，可將鋼支撐與液壓千斤頂配合使用，對鋼支撐施加可調節的軸壓力，提高支撐的剛度。在對鋼支撐施加預加力的基礎上，我國于2000年左右開始研發基坑位移監測技術，并將兩種技術相結合，形成了鋼支撐軸力自動伺服系統。實現了液壓千斤頂對鋼支撐施加軸力的實時監測與調整。

除傳統鋼支撐體系外，近年來國內從韓國引進一種新型的鋼支撐體系---魚腹梁鋼支撐體系。該體系通過對魚腹梁弦上的鋼絞線施加預應力，形成了大跨度的腰梁結構，經與角撐、對撐和三角形連接點組合，形成一個平面預應力支撐系統。其由魚腹梁腰梁、鋼絞線、三角形連接點、預壓頂緊裝置、角撐、對撐、立柱和牛腿等部件組成，如圖6所示。該體系最大優點是支撐占空間小，可為基坑土方開挖提供開闊的空間。

綜上所述，地下鋼支撐體系在我國的研究與應用開始較早，擁有配套的設計規范與圖集，并研發應用了配套的軸力自動伺服系統，引進了魚腹梁鋼支撐體系。然而，由于鋼筋混凝土支撐剛度大、施工簡單、鋼材歷史價格高等原因，鋼筋混凝土支撐仍然是最主要的支撐形式。鋼支撐系統僅在地鐵、隧道、重要管線沿線等對基坑位移要求嚴苛的基坑中應用較多。