热轧普通36a型号工字钢在长春地区深大基坑支护中应用的适用性分析

第51卷增刊2 建筑结构 Vol.51
No.S2 2021年12月 Building
Structure Dec.
2021 热轧普通36a型号工字钢在长春地区深大基
坑支护中应用的适用性分析
胡超1，吉凯2
（1 吉林省吉顺岩土工程有限责任公司，长春 130033；
2 中建材资源与环境工程吉林有限公司，长春 130033）
［摘要］以长春地区硬塑黏性土场地采用热轧普通36a型号工字钢支护的深基坑为例，介绍其施工工艺、施工
时间以及监测结果，对比硬塑黏性土场地热轧普通36a型号工字钢及热轧U型400×170型号钢板桩的成桩难度
及工期长短，通过理正软件单元计算分析同一地质条件下I36a支护与400×170型钢板桩支护的变形控制的差
异，阐述I36a在基坑支护中的优、缺点，为长春地区类似工程提供参考。

［关键词］深基坑设计；工字钢；钢板桩；硬塑黏性土
中图分类号：TU398.7 文献标识码：A 文章编号：1002-848X(2021)S2-1528-04
Applicability analysis of I-steel retaining pile applied in deep foundation pit in Changchun Area
HU Chao1, JI Kai2
(1 Jilin Jishun Geotechnical Engineering Co., Ltd., Changchun 130033, China; 2 China Building Materials Resources and
Environmental Engineering Jilin Co., Ltd., Changchun 130033, China)
Abstract: Taking the deep foundation pit supported by common I-steel in hard plastic clay field in Changchun as an
example, the paper introduces its construction technology, construction time and monitoring results, compares the pile
forming difficulty and construction period of common I-steel and steel sheet pile in hard plastic clay field, and analyzes
the difference of deformation control between common I-steel and steel sheet pile under the same stratum condition
through Lizheng software unit calculation This paper expounds the advantages and disadvantages of ordinary I-beam in
foundation pit support, and provides reference for similar projects in Changchun area.
Keywords: deep foundation pit design; I-beam; steel sheet pile; hard plastic cohesive soil
0 概述
深大基坑通常位于密集城市中心，常常紧邻建筑物、交通干道、地铁隧道及各种地下管线等，面临施工场地紧张、施工条件复杂、工期紧迫等问题。

因此，基坑支护是一项风险性大、区域性强、环境条件影响大、综合性强、计算理论不完善、时空效应强的岩土工程问题[1]。

长春市地区深基坑支护多采用土钉墙、微型钢管桩、钢板桩、钻孔灌注桩等支护形式。

其中，钢板桩以其施工期短，节约成本，节省用地等优点在长春地区取得了广泛应用，以热轧U型400×170型号钢板桩（以下简称400×170型钢板桩）最为常用。

但在长春硬塑黏性土或砂土地区钢板桩成桩困难，引孔成桩后回填混凝土等材料导致钢板桩无法重复利用等问题增加了基坑工程的施工难度和成本。

近年，随着深基坑设计理念、施工工艺的进步，热轧普通工字钢支护形式以其施工简便、施工进度快、可回收利用等优点在长春部分地区获得了应用，以热轧普通36a型号工字钢（以下简称I36a）最为常用。

本文以长春市范家屯某一采用普通工字钢加锚索支护形式的基坑工程为例，介绍该工程设计、施工、监测方案，分析预测变形量与监测结果的差异，验证工字钢锚索支护形式的安全性，并对比I36a支护与400×170型钢板桩支护在长春地区基坑工程应用中的优、缺点，为长春地区基坑支护提供经验。

1 工程概况
本工程位于长春市范家屯，建筑为住宅，由15栋15～19层住宅楼、4栋1～3层商业和幼儿园、满铺地下1层地下室组成。

基坑北侧、东侧及南侧为临近临时施工道路，南侧为拟建建筑场
作者简介：胡超，学士，Email:****************。

第51卷 增刊2 建筑结构 1529
地，场地地下无管线等埋藏物。

基坑深度 3.0~ 9.1m 。

详见图1。

图1 平面图
场地主要揭露地层为第四系黄褐色粉质黏
土，厚度14.0～16.0m ；其下为白垩纪紫红色泥岩及砂岩互层，地下水位见于地表下0.9～3.1m ，基坑降水采用封闭式管井降水。

场地典型剖面主要地层均为黄褐色粉质黏土，典型剖面图见图2，其物理力学性质指标详见表1。

第四纪黏性土的主要物理力学性质指标 表1
土层编号
土层厚度/m 重力密度 /（kN/m 3）
液性指数/I L 固结不排水三轴 剪切参数 土体与锚固
体极限摩阻力标准值q sik /kPa 粘聚力C cu /kPa 内摩擦角øcu /° 1 0.5 18.5
5
8
20 2 4.9 19.1
0.64 24.3 11.4
48
3 1.5 19.1 0.55 25.7 12.0 59
4 0 19.2 0.36 29.6 13.0 59 5
7.3 19.5 0.17 30.0 13.8 70
2 基坑支护设计难点、施工过程及监测结果 2.1 基坑支护设计难点
本工程基坑开挖深度不大，但建设方工期要求紧张，以往类似深度基坑工程多用钢板桩+锚索的支护形式以节约工期、降低造价。

但该场地第⑤层粉质黏土状态为硬塑，根据长春地区工程经验，此类地层场地钢板桩施工难度大，需采用螺旋钻静压钢板桩施工，该工法易对基坑产生不利影响[2]，且该工艺施工进度较慢（施工速度约1～2h/根），对施工单位要求较高。

若采用灌注桩支护可多台桩机同时作业缩短工期，但造价过高，于建设方不利。

为此，参建各方针对本基坑工程特点立会讨论，根据常用支护构件的参数研究分析，决定采用材料储备较多的I36a+锚索的支护形式。

I36a 的技术参数[3]及400×170型钢板桩的技术参数[4]见表2。

根据表2可知，I36a 单桩截面面积小、等效半径小，在采用振动法压入土中时所受阻力较小，因而在相同地质条件、施工工法相同的情况下I36a 成桩深度较深，可克服硬塑黏性土对成桩的不利影响。

2020年4月在场地四周采用振动法共试压I36八根，成桩时间约20～30min/根，可满足建设进度要求，并以此为依据编写设计方案。

单根型钢与钢板桩常用技术参数
表2
型号 截面面积/cm 2
惯性矩Ix /cm 4
截面模量Wx
/cm 3
I36a 76.44 15800 875 400×170
型钢
96.99 4670 362
图2 典型剖面图
1530 建筑结构 2021年
2.2 施工过程
依据设计施工图，该基坑采用上部放坡下部
型钢桩结合预应力锚索的支护形式。

支护桩采用I36a型钢，间距0.6m，长度9.0m，采用振动法压入土中，支护期间对桩间土随基坑开挖挂网喷射混凝土进行保护，钢筋网采用ϕ6.5@200（双向），锚索采用2ϕS15.2钢绞线，设置1道锚索，水平间距1.8m，钻孔直径150mm，典型支护剖面详见图3。

现场效果见图4。

图3 典型支护方案剖面图
图4 现场施工图
2.3 监测结果
根据《建筑基坑工程监测技术标准》[5]及设计方要求，结合周边环境情况、该工程的自身特点以及类似工程实际经验，监测单位制定了基坑监测内容，具体的监测项目、预警值及监测结果见表3。

监测项目、控制值及监测结果表3 序号监测项目控制值
实测最大值
1 边坡顶部水平位移/mm 40 36.68
2 边坡顶部竖向位移/mm 30 10.23
3 深层水平位移/mm 45 15.22
4 地表沉降位移/mm 3
5 18.74
其中基坑东侧最深处支护桩深层水平位移曲
线见图5。

图5 支护桩深层水平位移变化曲线（桩顶起算）
由图5可以看出，2020年5月基坑动土开挖
至2020年7月锚索施工完毕基坑水平位移变化速
率较大，2020年7月至2020年9月基坑回填水
平位移变化较稳定。

水平位移最大值为15.22mm，位置桩顶下4.5m（坡顶下7.0m）。

由上可知，基坑采用I36+锚索支护保障了工期，达到了基坑安全、控制变形的要求。

3 普通工字钢支护的适用性分析
该工程现已完工，并在工期、成本、安全控
制等方面取得了良好的效果。

但笔者认为，I36
在长春地区的应用还需根据各基坑工程自身特有
条件量化分析后，方能确定是否适用。

按表3中参数可知，单根I36a各项指标确实
优于单根400×170型钢板桩。

但成桩后，由于钢
板桩互相咬合，单位长度I36a在力学性质、变形控
制方面则不如400×170型钢板桩，详见表4。

每延mI36a与400×170型钢板桩常用技术参数表4
型号
截面面积
/（cm2/m）
惯性矩Ix/b
/（cm4/m）
截面模量Wx/b
/（cm3/m）I36a128.07 26333.33 1458.33 400×170
型钢板桩
242.5 38600 2270 注：I36a每延米参数按间距0.6m计算。

为便于说明，笔者以本文所列工程为条件，
采用理正深基坑7.0软件分别计算I36a、400×170
第51卷增刊2 建筑结构 1531 型钢板桩支护变形量，详见图6、图7。

图6 I36a支护典型剖面计算结果（开挖至坑底）
图7 400×170型钢板桩支护典型剖面计算结果
（开挖至坑底）
由图6、图7可知，成桩后400×170型钢板桩协同工在变形控制方面优于I36a。

结合本工程实际监测结果及上述分析，I36a 支护在长春地区地层为硬塑粉质黏土场地条件下，变形控制效果满足规范要求。

因而，在硬塑粉质黏土场地且周边无变形敏感构筑物的情况下，I36a支护在缩短工期、节约造价方面具有明显优势。

若场地地层为软塑～可塑的粘性土，或周边有对变形敏感的建筑物、地下管线等构筑物，则I36a支护在缩短工期、节约造价方面较400×170型钢板桩优势不明显，且在变形控制、隔水止水方面存在明显缺点而不宜采用。

4 结语
（1）在长春地区硬塑黏性土场地基坑工程中，采用振动法压桩时普通工字钢较钢板桩压入深度大、施工进度快。

但在软塑～可塑场地基坑中两者施工进度相差不大；
（2）普通工字钢受自身属性约束，在基坑支护时变形控制较差，应用时应分析工程地质条件及周边环境因素；
（3）基坑工程是一个高风险的领域，涉及领域众多，岩土工程从业人员应全面了解基坑建设过程设计、施工、监测等关键环节,只用这样才能做好基坑支护的工作。

参考文献
[1]马海龙, 梁发云, 基坑工程[M]. 北京: 清华大学出版
社, 2018: 5-6.
[2]胡超, 高坤, 刘晓刚, 等. 某深基坑螺旋钻静压拉森钢
板桩支护倾覆原因的分析[J]. 建筑结构, 2020, 50(S1): 1056-1059.
[3]热压型钢: GB⁄T 706—2016[S]. 北京: 中国标准出版社,
2016.
[4]中国建筑标准设计研究院.建筑基坑支护结构构造[M].
北京: 中国计划出版社, 2011.
[5]建筑基坑工程监测技术标准: GB 50497—2019[S]. 北
京: 中国计划出版社, 2019.。