曹雪山，額力素*，曹懷玉

(1.河海大學(xué) 道路與鐵道研究所，江蘇 南京 210098；2. 河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 100084)

隨著地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，基坑開挖所引起的變形問題愈發(fā)引起工程界的關(guān)注。由于城市內(nèi)復(fù)雜的周邊環(huán)境對(duì)基坑變形要求嚴(yán)格，基坑開挖設(shè)計(jì)必須從傳統(tǒng)的強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)向以位移控制設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)變，這就要求對(duì)現(xiàn)有工程技術(shù)措施展開更為深入的研究[1]。

鋼支撐預(yù)加力技術(shù)對(duì)基坑變形具有重要影響。Terzaghi[2]在研究基坑工程中的巖土工程問題時(shí)提出了預(yù)估開挖穩(wěn)定程度和支撐荷載大小的總應(yīng)力法。Mana和Clough[3]利用有限元方法，分析了支撐預(yù)加力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響，指出在支撐兩端施加預(yù)力可以有效地減少基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。Clough和Tsui[4]通過有限元研究了支撐預(yù)加力數(shù)值、墻體剛度、開挖深度等因素對(duì)圍護(hù)墻性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)預(yù)加力為 0.2～0.4 倍的靜土壓力時(shí)，圍護(hù)墻位移量可比無預(yù)加力時(shí)減小 50%以上，由此提出合理選擇參數(shù)，可以顯著地減少墻體位移和周圍土體的沉降。洪德海[5]分析了預(yù)加力的作用和工程實(shí)際中圍護(hù)墻變形過大的原因，并通過實(shí)例分析證明了施加合適的預(yù)加力，可有效減少圍護(hù)墻變形。曹雪山等[6]認(rèn)為土體變形過大后會(huì)導(dǎo)致土體強(qiáng)度參數(shù)減小。

鋼支撐預(yù)加力不足的現(xiàn)象很普遍?！渡虾Ｊ谢庸こ淘O(shè)計(jì)規(guī)程》(DG/TJ08—61—2010)[7]規(guī)定，鋼支撐預(yù)加力控制值應(yīng)為支撐軸力設(shè)計(jì)值的50%～80%；并強(qiáng)調(diào)預(yù)加力可檢驗(yàn)支撐連接結(jié)點(diǎn)的可靠性?！督ㄖ又ёo(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)[8]規(guī)定鋼支撐預(yù)加力控制值取軸向壓力標(biāo)準(zhǔn)值的50%～70%。可見規(guī)程不同，對(duì)鋼支撐預(yù)加力值控制值的基準(zhǔn)也不同?！督ㄖ庸こ瘫O(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)[9]規(guī)定一級(jí)基坑的軸力預(yù)警值取構(gòu)件承載能力的60%～70%，但沒有給出構(gòu)件承載能力的參考值或計(jì)算方法。《江蘇省城市軌道交通工程監(jiān)測規(guī)程》(DGJ 32/J195—2015)[10]規(guī)定一級(jí)基坑的軸力控制值取支撐軸力設(shè)計(jì)值的60%～70%，并提出預(yù)警等級(jí)，黃色預(yù)警值為控制值的80%。雖然確定軸力控制值的參考標(biāo)準(zhǔn)不同，但都提出了支撐預(yù)加力值控制值的指標(biāo)。與基坑的其他測項(xiàng)，如變形、水位等的預(yù)警理解思路相同，當(dāng)軸力實(shí)測值小于軸力設(shè)計(jì)值的48%～56%是安全的，不存在危險(xiǎn)信號(hào)。設(shè)計(jì)人員從規(guī)范出發(fā)，通常建議預(yù)加力值為低值，如取40%的支撐軸力設(shè)計(jì)值，以達(dá)到施加預(yù)加力后軸力值不大于預(yù)警值的目的。施工過程中參建各方也遵從規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，認(rèn)為軸力值宜小不能大，鋼支撐施加的預(yù)加力達(dá)不到設(shè)計(jì)建議值，仍符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。這說明在工程中對(duì)鋼支撐預(yù)加力作用的認(rèn)識(shí)是極其模糊的，這也是造成實(shí)際工程中鋼支撐預(yù)加力普遍不足的一個(gè)重要原因。

綜上，雖然學(xué)術(shù)界已經(jīng)明確了鋼支撐預(yù)加力對(duì)基坑變形具有顯著的控制效果，但由于國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程條文規(guī)定有差別，以及工程界對(duì)條文理解差異，導(dǎo)致預(yù)加力施加嚴(yán)重不足，進(jìn)而大大削弱了鋼支撐的作用效果。為此，本文以南京某地鐵車站深基坑開挖工程為例，應(yīng)用Midas GTS 軟件數(shù)值分析，進(jìn)一步分析了鋼支撐預(yù)加力對(duì)圍護(hù)墻變形的影響，明確了鋼支撐預(yù)加力的意義，提出了鋼支撐軸力雙向預(yù)警、預(yù)加力比值確定方法，為類似工程提供參考。

1 工程概況及鋼支撐預(yù)加力施加意義

1.1 工程概況

某地鐵車站基坑總長179.3 m，車站中部標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬20.9 m，深度17.908 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式，地連墻深度33.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段共設(shè)四道支撐，第一道混凝土撐，截面尺寸為1 000×1 200 mm，間距為9 m；第二—第四道采用φ609，t=16 mm規(guī)格的鋼支撐，間距為3 m。

圖1 基坑標(biāo)準(zhǔn)段剖面圖

1.2 預(yù)加力施加的工程意義

實(shí)際預(yù)加力明顯低于設(shè)計(jì)預(yù)加力。圖2為該基坑各斷面鋼支撐預(yù)加力實(shí)測值。三層鋼支撐，每層5個(gè)共15個(gè)預(yù)加力實(shí)測數(shù)據(jù)，僅有一個(gè)實(shí)測預(yù)加力達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)加力。表1為實(shí)測預(yù)加力與設(shè)計(jì)預(yù)加力的百分比。表1中平均值為39%，且以小于40%居多。李書銀[11]報(bào)道了昆明地鐵4號(hào)大唐子站標(biāo)準(zhǔn)段與擴(kuò)大段的鋼支撐預(yù)加力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，擴(kuò)大段為設(shè)計(jì)預(yù)加力的5%～69%，以小于30%的居多；標(biāo)準(zhǔn)段為22%～56%之間，其中以小于40%的居多。這說明實(shí)際預(yù)加力不足的現(xiàn)象已經(jīng)成為工程常態(tài)。

實(shí)際預(yù)加力不足的本質(zhì)是工程技術(shù)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。由現(xiàn)有工程技術(shù)水平較低或復(fù)雜地質(zhì)條件等原因造成了鋼圍檁與圍護(hù)墻面存在不整合縫隙，例如對(duì)鼓包、凹凸不平的地連墻或樁墻平整度處理不夠，鋼支撐端部鋼板變形、扭曲等。工程施工過程中，通常對(duì)不顯著的不整合縫隙工況直接架設(shè)，否則加塞鋼楔子，填筑水泥砂漿、水泥加部分細(xì)骨料，加入適量早強(qiáng)劑或提高填料的強(qiáng)度等級(jí)，以能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想強(qiáng)度，達(dá)到填塞不整合縫隙的目的。但實(shí)際上效果并不理想[11]，表現(xiàn)為預(yù)加力損失仍顯著。

預(yù)加力的工程意義在于能克服鋼支撐理論抗壓剛度小的缺點(diǎn)。鋼支撐、鋼圍檁、圍護(hù)墻之間連接緊密、無間隙時(shí)，力的產(chǎn)生機(jī)理與混凝土支撐相同?；炷林?，由于截面積大，相應(yīng)的理論抗壓剛度EA就大。本基坑的混凝土支撐抗壓剛度為3.78×1010N，而鋼支撐抗壓剛度為5.96×109N，前者是后者的6.34倍。設(shè)計(jì)軸力接近2 000 kN，支撐長度取基坑寬度20.9 m，則混凝土支撐軸向壓縮量為1.15 mm，而鋼支撐為7.28 mm。鋼支撐壓縮量大的根本原因是其理論抗壓剛度小。設(shè)計(jì)方案中鋼支撐的水平間距3 m，混凝土支撐間距9 m，似乎具有通過增加支撐密度彌補(bǔ)鋼支撐抗壓剛度不足的目的，其實(shí)還不夠。但是如果預(yù)加力達(dá)到2 000 kN，則鋼支撐無壓縮量；混凝土支撐因無法施加預(yù)加力，壓縮變形不可避免，于是預(yù)加力技術(shù)間接地增大了鋼支撐的理論抗壓剛度。

預(yù)加力技術(shù)還能提高鋼支撐的實(shí)際抗壓剛度。理論的支撐壓縮量表現(xiàn)為圍護(hù)墻向坑內(nèi)的變形量。在實(shí)際施工過程中，洪德海[5]觀測到圍護(hù)墻變形約18～35 mm，同時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼圍檁與圍護(hù)墻之間存在縫隙5 ～10 mm，認(rèn)為兩者關(guān)系密切。鋼圍檁與圍護(hù)墻之間縫隙不可避免，通常加塞鋼楔子或不作處理等不規(guī)范的處理方法是造成預(yù)加力大幅度損失顯著的主要原因。規(guī)范的做法是在鋼圍檁背后適量加塞鋼板，但也不可能達(dá)到理想狀態(tài)。因此鋼支撐的實(shí)際抗壓剛度要明顯小于理論值。檢測實(shí)際預(yù)加力值是否滿足要求是評(píng)價(jià)鋼支撐架設(shè)質(zhì)量的重要手段。在軸力值從無到設(shè)計(jì)值的變化過程中，低軸力值的支撐連接結(jié)點(diǎn)可靠性不能等同于高軸力值的可靠狀況，因此在施加預(yù)加力時(shí)，有必要檢測設(shè)計(jì)軸力值時(shí)支撐連接結(jié)點(diǎn)可靠性[7]。

圖2 鋼支撐預(yù)加力實(shí)測值

表1 各斷面鋼支撐預(yù)加力施加率情況(單位:%)

2 有限元數(shù)值模擬方法

2.1 模型建立

利用巖土和隧道工程有限元分析軟件Midas GTS，模擬基坑工程開挖過程，研究預(yù)加力對(duì)基坑變形的影響。模擬計(jì)算中，選取修正摩爾-庫倫模型的土體本構(gòu)關(guān)系，支撐及圍護(hù)樁采用線彈性模型；計(jì)算范圍為可能影響區(qū)，即基坑周邊2.0～3.0倍開挖深度，即62 m，深度為50 m，約為開挖深度的3倍。因基坑為軸對(duì)稱的，如圖3所示為半個(gè)基坑。

圖3 模擬計(jì)算剖面有限元模型

2.2 模型參數(shù)及施工階段模擬

模型參數(shù)取自場地的地質(zhì)勘察報(bào)告及施工方案，通過場地巖土勘察及現(xiàn)場取樣，分析室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)所得。具體巖土參數(shù)及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)詳見表2、表3。

模型建立完成后，根據(jù)施工方案所確定的分層開挖順序進(jìn)行分步模擬，主要有初始狀態(tài)的初始應(yīng)力，位移歸零；接著圍護(hù)墻施工，然后分層開挖；每層土開挖后，架設(shè)圈梁或鋼圍檁和支撐，最后一層開挖后完成墊層及底板。

表2 土體物理力學(xué)參數(shù)

表3 支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算參數(shù)

2.3 計(jì)算模型適用性驗(yàn)證

圖4為基坑標(biāo)準(zhǔn)段斷面ZL03處基坑圍護(hù)墻水平位移計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比圖。由于圍護(hù)墻內(nèi)測斜管底部未進(jìn)入穩(wěn)定巖土體，管口墻頂位置為鋼筋混凝土支撐，結(jié)構(gòu)剛度大，變形小，可近似作為固定零位移起算點(diǎn)。從圖4可知，深層水平位移曲線呈現(xiàn)“鼓肚形”的拋物線狀，計(jì)算值與實(shí)測值總體趨勢一致，數(shù)值相當(dāng)。當(dāng)基坑土方開挖至基底時(shí)，深層水平位移的最大值及其位置深度的實(shí)測值與計(jì)算值對(duì)比如表4所示，最大位移偏差為6.4%，深度位置偏差為11.1%。鋼支撐軸力實(shí)測值與計(jì)算值對(duì)比如表5。鋼支撐在第二道處的支撐軸力相對(duì)誤差最小，僅有8.1%，第四道其次，第三道最大，為27.5%。

綜上，模型計(jì)算值與實(shí)測值吻合較好，驗(yàn)證了計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)的適用性，可進(jìn)一步采用本模型及參數(shù)分析鋼支撐預(yù)加力對(duì)基坑圍護(hù)墻變形、支撐軸力最終值的影響。

表4 圍護(hù)墻深層水平位移最大值的實(shí)測值與計(jì)算值比較

表5 鋼支撐軸力實(shí)測值與計(jì)算值對(duì)比

圖4 圍護(hù)墻深層水平位移計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比

3 預(yù)加力施加效果研究

3.1 預(yù)加力施加方案

為了能模擬分析不同預(yù)加力值對(duì)圍護(hù)墻深層水平位移、最終支撐軸力的影響，考慮鋼支撐預(yù)加力閾值的5 種工況：實(shí)際預(yù)加力值(即實(shí)測初始軸力值)，設(shè)計(jì)預(yù)加力值，規(guī)范控制低值、規(guī)范控制高值及軸力設(shè)計(jì)值等，具體計(jì)算方案如表6所示。

本基坑的鋼支撐預(yù)加力實(shí)測平均值為設(shè)計(jì)預(yù)加力值的39%，考慮文獻(xiàn)資料[11]以及計(jì)算方便性，實(shí)測預(yù)加力值為設(shè)計(jì)預(yù)加力值的40%；同時(shí)在本基坑的設(shè)計(jì)預(yù)加力值為設(shè)計(jì)軸力值的40%，于是實(shí)測預(yù)加力值為支撐軸力設(shè)計(jì)值的16%。如果定義預(yù)加力比值αpd為支撐軸力預(yù)加力值與設(shè)計(jì)值f之比所計(jì)算的數(shù)值，即

(1)

式中，f為支撐軸力設(shè)計(jì)值；fy為支撐軸力預(yù)加力值。于是實(shí)測預(yù)加力比值αpd為0.16。

相應(yīng)地《江蘇省城市軌道交通工程監(jiān)測規(guī)程》(DGJ 32/J195—2015)[10]規(guī)定一級(jí)基坑的軸力控制值取支撐軸力設(shè)計(jì)值的60%～70%，則取規(guī)范控制低值、規(guī)范控制高值時(shí)預(yù)加力比值αpd分別為0.60和0.70。

表6 鋼支撐預(yù)加力值計(jì)算方案(單位：kN)

3.2 預(yù)加力對(duì)圍護(hù)墻深層水平位移的影響

圖5為支撐軸力預(yù)加力比值αpd不同時(shí)，不同深度處圍護(hù)墻深層水平位移值。很明顯，隨著預(yù)加力比值αpd愈大，即表示預(yù)加力愈大，深層水平位移最大值愈小。

圖5 不同鋼支撐預(yù)加力比值時(shí)圍護(hù)墻水平位移

圖6展示了不同的鋼支撐預(yù)加力比值αpd時(shí)，圍護(hù)墻深層水平位移最大位移值及其位置變化趨勢?？傮w趨勢是預(yù)加力比值αpd與圍護(hù)墻深層水平位移最大值成很好的線性關(guān)系，其相關(guān)度R2達(dá)到0.999 8；而與最大位移發(fā)生的位置深度的線性關(guān)系明顯降低，其相關(guān)度R2達(dá)到0.864 7，這與模型驗(yàn)證時(shí)最大位移值及位置的相對(duì)誤差相對(duì)應(yīng)。

預(yù)加力愈大，相應(yīng)的圍護(hù)墻深層水平位移最大值愈小的關(guān)系與目前文獻(xiàn)研究成果[3-5]相一致，再一次證明了加大鋼支撐預(yù)加力可減小基坑變形的作用。

圖6 圍護(hù)墻深層水平位移最大位移值及其位置與預(yù)加力比值αpd的關(guān)系

3.3 預(yù)加力對(duì)支撐軸力最終值的影響

圖7展示了不同的鋼支撐預(yù)加力比值αpd時(shí)，不同深度支撐的最終支撐軸力值變化趨勢。總體趨勢是隨著預(yù)加力比值αpd增大，第二、第三道支撐軸力最終值呈現(xiàn)線性減小趨勢，而第四道支撐軸力最終值呈現(xiàn)線性增大趨勢；支撐軸力最終值變化趨勢明顯小于軸力預(yù)加值變化趨勢。這與洪德海[5]關(guān)于預(yù)加力與支撐軸力最終值的影響不明顯的結(jié)論相驗(yàn)證。

圖7 不同深度鋼支撐的最終支撐軸力值、預(yù)加力值與預(yù)加力比值αpd的關(guān)系

設(shè)計(jì)文件中，每道支撐的軸力設(shè)計(jì)值是不同，故定義軸力最終比值αld為支撐軸力最終值與設(shè)計(jì)值之比所計(jì)算的數(shù)值，即

(2)

式中，fl為支撐軸力最終值。αld作為支撐軸力最終相對(duì)值，避免了絕對(duì)值的差異影響。αld計(jì)算結(jié)果及其統(tǒng)計(jì)值如表7所示。支撐軸力最終比值αld的變化趨勢同于支撐軸力的最終值。本例中該比值αld對(duì)第二道是最大，均值達(dá)0.68；第三道最小，均值達(dá)0.33；，第四道介于中間。隨著預(yù)加力值比值αpd增大，最終軸力比值αld均值雖有增長趨勢，但基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。

表7 不同預(yù)加力比值αpd下的軸力最終值與設(shè)計(jì)值的比值αld統(tǒng)計(jì)表

3.4 預(yù)加力施加效果分析

鋼支撐預(yù)加力就是一開始作用在支撐內(nèi)的軸力，給圍護(hù)墻提供坑內(nèi)側(cè)向作用力。在基坑分層開挖過程中，坑內(nèi)土壓力隨開挖深度而變化，支撐軸力、坑外土壓力、圍護(hù)墻內(nèi)力等與圍護(hù)墻變形發(fā)生耦合而相互變化，因此圍護(hù)墻的平衡狀態(tài)是動(dòng)態(tài)。

定義預(yù)加力貢獻(xiàn)度αyl為支撐軸力預(yù)加力值與最終值之比所計(jì)算的數(shù)值，即

(3)

αyl反映了支撐軸力預(yù)加力值在基坑開挖施工過程中對(duì)支撐軸力最終值貢獻(xiàn)度。αyl計(jì)算結(jié)果及其統(tǒng)計(jì)值如表8所示。當(dāng)αyl小于100%表示預(yù)加力值不足，在基坑分層開挖過程中，墻體向坑內(nèi)變形壓縮支撐，增補(bǔ)了軸力最終值的其余部分，相應(yīng)地墻外土體向墻也有位移，土壓力更接近了主動(dòng)土壓力值。相反，當(dāng)αyl大于100%表示預(yù)加力值充足，在基坑分層開挖過程中，墻體具有向坑外變形趨勢，釋放支撐軸力，同時(shí)墻向外擠壓土體，土壓力向被動(dòng)土壓力轉(zhuǎn)變。

如表8所示，當(dāng)αpd為0.16時(shí)，如基坑施工中預(yù)加力現(xiàn)狀，預(yù)加力不足，增大圍護(hù)墻向坑內(nèi)變形和地表變形值，這種現(xiàn)象在軟土基坑顯現(xiàn)更為明顯。若參建各方重視預(yù)加力，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)所給的預(yù)加力值，即保證了αpd為0.40時(shí)，則本例的基坑支撐軸力預(yù)加力經(jīng)濟(jì)性最佳，支撐軸力平均值更接近最終值，總體上支撐軸力達(dá)到了基本穩(wěn)定狀態(tài)。若αpd為0.60～0.8時(shí)，本例的第二道支撐軸力預(yù)加力更接近最終值，而平均值稍高于最終值。在預(yù)加力值取設(shè)計(jì)軸力值時(shí)，即αpd為1.00時(shí)，本例的所有支撐軸力預(yù)加力值均大大超過了最終值，所以預(yù)加力的經(jīng)濟(jì)性最差。

表8 支撐預(yù)加力與最終值的比值統(tǒng)計(jì)分析表

4 討論

基坑工程的支撐軸力是一個(gè)特殊的測項(xiàng)。國內(nèi)針對(duì)基坑工程設(shè)計(jì)與施工的國家規(guī)范、行業(yè)及地方規(guī)程[7-10]對(duì)支撐軸力均有控制值的規(guī)定，按照基坑工程的多數(shù)測項(xiàng)，如基坑周邊地表沉降、建筑沉降與水平位移、圍護(hù)墻頂水平位移、垂直位移，以及水位等，當(dāng)測試值小于控制值，可以認(rèn)為基坑安全可控，而大于控制值，則表示基坑安全不可控。這是工程界、學(xué)術(shù)界等共同認(rèn)可的。然而，支撐軸力與這些測項(xiàng)不同。支撐軸力是保證圍護(hù)墻處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)一個(gè)重要因素。沒有支撐軸力，圍護(hù)墻的位移將顯著增大[4]。因此片面地將支撐軸力與其他測項(xiàng)等同化理解是不合適的。

正確理解支撐軸力設(shè)計(jì)值、最終值及預(yù)加力值。以本文的基坑為例，盡管設(shè)計(jì)文件已經(jīng)有了確定的支撐軸力設(shè)計(jì)值，但數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示支撐軸力設(shè)計(jì)值還不一定是軸力最終值。支撐軸力最終值還與預(yù)加力值相關(guān)。支撐軸力預(yù)加力值較小時(shí)，支撐軸力最終值變化不大，但基坑變形相對(duì)較大，這就說明預(yù)加力取小值的方法不利控制基坑變形。在城市復(fù)雜的周邊環(huán)境和地質(zhì)條件下，基坑變形是工程界關(guān)注的焦點(diǎn)，預(yù)加力取大值不僅有利于控制基坑變形，減小周邊環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，而且在下一層開挖前，利用較高的預(yù)加力檢驗(yàn)支撐連接結(jié)點(diǎn)的可靠性[7]，可增加支撐運(yùn)營的安全性。

正確理解支撐軸力控制值的含義，合理確定軸力預(yù)警值。例如《江蘇省城市軌道交通工程監(jiān)測規(guī)程》(DGJ 32/J195—2015)[10]規(guī)定一級(jí)基坑的軸力控制值取支撐軸力設(shè)計(jì)值的60%～70%，并提出預(yù)警等級(jí)，預(yù)警值為控制值的80%。本文認(rèn)為規(guī)范給定的控制值范圍是工程設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)保證支撐軸力實(shí)測值的理想范圍，相應(yīng)地預(yù)警值范圍也分0～60%和70%～100%的兩個(gè)區(qū)間。低值區(qū)間的預(yù)警值可取支撐軸力設(shè)計(jì)值的48%，支撐軸力最小值為0，即支撐完全沒有作用；高值區(qū)間的預(yù)警值為支撐軸力設(shè)計(jì)值的80%(即70%+10%)，支撐軸力最大值為軸力設(shè)計(jì)值的100%，超出軸力設(shè)計(jì)值應(yīng)由設(shè)計(jì)人復(fù)算。低值預(yù)警要求支撐軸力不能過小，避免鋼支撐作用效果不明顯，對(duì)基坑變形控制不利，同時(shí)還應(yīng)避免出現(xiàn)因軸力不足鋼支撐掉落事故發(fā)生。至于高值預(yù)警，本例的鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值最大為2 101 kN，小于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017—2017)[12]計(jì)算鋼支撐承載力值Nmax為3 629 kN的80%，不存在鋼支撐失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

合理的鋼支撐預(yù)加力值的確定具有重要的工程意義。根據(jù)本文及文獻(xiàn)[3-5,11]模擬計(jì)算結(jié)果，適當(dāng)放大預(yù)加力值，可減小圍護(hù)墻深層水平位移，同時(shí)結(jié)合鋼支撐預(yù)加力施加過程中損失現(xiàn)象以及本文提出的高、低預(yù)警范圍，建議預(yù)加力目標(biāo)值為控制低值，即軸力設(shè)計(jì)值的60%，實(shí)際預(yù)加力值不低于48%，即不出現(xiàn)黃色低值預(yù)警；如果對(duì)于軟土地基基坑工程，變形可能較大，預(yù)加力值目標(biāo)值為控制高值，即軸力設(shè)計(jì)值的70%，實(shí)際預(yù)加值仍取不低于軸力設(shè)計(jì)值的48%。

5 結(jié)論

1)對(duì)于存在的鋼支撐預(yù)加力不足現(xiàn)象，客觀上是現(xiàn)有工程技術(shù)水平較低，主觀上是工程技術(shù)人員未能正確理解軸力測項(xiàng)含義，將軸力測項(xiàng)與變形、水位等指標(biāo)等同化，形成了支撐軸力越小就越安全的錯(cuò)誤觀念，忽視了預(yù)加力作為主動(dòng)控制基坑變形的作用。

2)鋼支撐預(yù)加力不僅是克服鋼支撐理論抗壓剛度小的有效方法，而且是驗(yàn)證鋼支撐架設(shè)質(zhì)量，提高鋼支撐的實(shí)際抗壓剛度的手段。

3)以鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值為參考，預(yù)加力比值與圍護(hù)墻深層水平位移最大值具有負(fù)線性關(guān)系，但對(duì)軸力最終值的影響不顯著；從施加的預(yù)加力效果看，預(yù)加力比值為40%時(shí)，經(jīng)濟(jì)性最佳。

4)針對(duì)支撐軸力監(jiān)測項(xiàng)目的特殊性，提出了低、高雙向預(yù)警和對(duì)應(yīng)的預(yù)加力取值的方法。