鋼支撐與混凝土支撐施工分析

□文/逯登軍 楊大利

鋼支撐與混凝土支撐施工分析

□文/逯登軍 楊大利

以往翻車(chē)機(jī)房廊道基坑施工過(guò)程中，支撐方式多采用鋼筋混凝土支撐，在高效節(jié)能的大環(huán)境下，此傳統(tǒng)工藝可以進(jìn)行改變。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)鋼支撐替代鋼筋混凝土支撐施工進(jìn)行對(duì)比闡述。

廊道基坑；鋼支撐；鋼筋混凝土

黃驊港（煤炭港區(qū)）四期地下廊道是煤炭經(jīng)翻車(chē)機(jī)翻入地下，在轉(zhuǎn)運(yùn)至地上的重要通道。由于是地下深基坑結(jié)構(gòu)，作為基坑施工的安全保證，其支護(hù)顯得尤為重要。在以往施工中，均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐方式，但此方式施工周期長(zhǎng)且不能夠重復(fù)使用，結(jié)合地鐵鋼支撐施工的經(jīng)驗(yàn)，鋼支撐替代混凝土支撐，在四期地下廊道施工中，得到了應(yīng)用。

1　工程概況

黃驊港四期翻車(chē)機(jī)房地下廊道工程施工主體廊道分為9段，總施工長(zhǎng)度為134 m，開(kāi)挖原土高程5.8 m，基底標(biāo)高-12.335～1.289 m，基坑開(kāi)挖深度18.1～4.6 m，由南向北的深度逐漸降低。廊道基坑兩側(cè)開(kāi)挖前打設(shè)地下連續(xù)墻，墻頂標(biāo)高5 m，墻底標(biāo)高-26 m。為保證基坑內(nèi)干施工，開(kāi)挖前打設(shè)降水井6口，減壓井2口。

采用鋼筋混凝土支撐，需要支撐4道，支撐梁下設(shè)鋼格構(gòu)柱承載豎向自重，每一根鋼格構(gòu)柱都有灌注樁基礎(chǔ)，總計(jì)13根。支撐總計(jì)混凝土2349m3，鋼筋327t。

采用鋼支撐，需要5道，總計(jì)107根，水平支撐下設(shè)鋼立柱承載豎向自重，每根鋼立柱下打設(shè)混凝土灌注樁，總計(jì)11根。鋼支撐總計(jì)732t。

經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算確認(rèn)，最終采用鋼支撐施工方式。

2　施工工藝

2.1鋼筋混凝土支撐(傳統(tǒng)施工方法)

2.1.1施工總體安排

開(kāi)挖采用分層順序開(kāi)挖法施工，每完成一層為一個(gè)周期，施工內(nèi)容包括挖土與混凝土支撐鋼筋、模板、混凝土施工。

2.1.2土方開(kāi)挖的工藝流程

施工準(zhǔn)備→第一層土方開(kāi)挖→第一道支撐施工→第二層基坑土方開(kāi)挖→第二道支撐施工→第三層土方開(kāi)挖→第三道支撐施工→第四層土方開(kāi)挖→第四道支撐施工→第五層土方開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基底。

每層支撐混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上，才能進(jìn)行下一層土方的開(kāi)挖。

廊道土方開(kāi)挖以機(jī)械挖土為主，輔助人工配合整平并修整邊坡。開(kāi)挖按照設(shè)計(jì)圖紙分為五層進(jìn)行施工，見(jiàn)圖1。

圖1　混凝土支撐開(kāi)挖斷面

2.1.3鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)施工

1）支護(hù)結(jié)構(gòu)工藝流程。施工測(cè)量→土方開(kāi)挖至支撐底標(biāo)高→墊層模板支設(shè)→墊層混凝土澆筑→鋪設(shè)油氈→支撐鋼筋綁扎→支撐模板支設(shè)→支撐混凝土澆筑→支撐模板拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)→下一層土方開(kāi)挖施工。

2）主要施工技術(shù)要求。施工測(cè)量人員在土方開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格控制開(kāi)挖的標(biāo)高以及整個(gè)支撐體系的位移情況。鋼筋在加工場(chǎng)集中下料制作，現(xiàn)場(chǎng)綁扎成型，主筋采用閃光對(duì)焊，局部采用套筒連接。廊道水平支撐施工模板均采用組合鋼模板，局部木模板找補(bǔ)，導(dǎo)梁、腰梁底模直接利用開(kāi)挖土面，底膜采用50mm厚砂漿墊層鋪設(shè)一層油毛氈制作，待導(dǎo)梁、支撐梁、腰梁澆筑完成，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，開(kāi)始下層土體開(kāi)挖后，將砂漿墊層鑿除，見(jiàn)圖2。

圖2　支撐底模

混凝土采用集中攪拌，罐車(chē)運(yùn)輸并直接泵送入模?；炷潦┕r(shí)必須將地下連續(xù)墻表面低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土鑿除干凈，深度≮5 cm?；炷翝仓仨殢囊欢说搅硪欢瞬捎眯泵娣謱臃ㄟM(jìn)行澆筑，分層厚度≯50 cm，混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。

2.2鋼支撐（新的施工方法）

2.2.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中：Mp為被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩,對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定，對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值，Ma為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

錨固力計(jì)算依據(jù)錨桿實(shí)際錨固長(zhǎng)度計(jì)算。安全系數(shù)最小的工況Ks=2.851≥1.200，滿足規(guī)范要求。

2）抗隆起驗(yàn)算。變更后的鋼支撐在受力穩(wěn)定性方面，滿足施工安全要求。

2.2.2施工總體安排

開(kāi)挖采取分層分段開(kāi)挖的方式，隨挖隨進(jìn)行鋼支撐支設(shè)，根據(jù)鋼支撐底標(biāo)高，嚴(yán)格控制開(kāi)挖深度，嚴(yán)禁超挖。為保證開(kāi)挖過(guò)程中鋼支撐及時(shí)支設(shè)，在開(kāi)挖前，進(jìn)行鋼支撐預(yù)拼裝，開(kāi)挖過(guò)程中，焊接好牛腿后，直接進(jìn)行鋼支撐吊裝、加載預(yù)應(yīng)力。

2.2.3施工工藝流程

土方開(kāi)挖順序同混凝土支撐開(kāi)挖順序相同，從鋼支撐間隙中直接取土?xí)r，每層分段開(kāi)挖，先中間后兩邊，每層每段放坡比例1∶1.5，見(jiàn)圖3和圖4。

圖3　廊道基坑開(kāi)挖橫斷面

圖4　廊道基坑開(kāi)挖及鋼支撐平面示意

1）鋼支撐施工?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，及時(shí)安裝鋼支撐，對(duì)維護(hù)基坑穩(wěn)定，防止地下連續(xù)墻位移變形有著極其重要的意義。支撐體系的建立必須在土方挖除后12h內(nèi)完成，因此必須嚴(yán)格在土方施工前儲(chǔ)備足夠的支撐材料。

2）鋼支撐施工流程。計(jì)算鋼支撐長(zhǎng)度→支撐定位放線→支撐拼裝→支撐部位的圍護(hù)墻表面鑿平→支撐點(diǎn)安裝固定件→焊接支點(diǎn)→安裝支撐前檢查→吊裝→支撐就位→施加預(yù)應(yīng)力→端頭填充→定期檢查→拆除。

3）鋼支撐拼裝。鋼支撐采用φ609mm鋼管，支撐壁厚均為16mm,鋼管材質(zhì)為Q235B。鋼支撐一端固定，一端接活絡(luò)頭，施加預(yù)應(yīng)力后用楔形鐵塊將活絡(luò)頭打緊，支撐牢固。

鋼支撐的穩(wěn)定性是控制整個(gè)基坑穩(wěn)定的重要因素之一，鋼支撐的架設(shè)必須準(zhǔn)確到位并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖的要求施加預(yù)應(yīng)力。尤其要注意斜支撐的制作、安裝必須保證其滿足穩(wěn)定、強(qiáng)度、變形的要求。

4）鋼支撐安裝。采用100t吊車(chē)進(jìn)行吊裝。支撐安裝前先在地下連續(xù)墻上支撐設(shè)計(jì)位置進(jìn)行找平，確保支撐端頭與地下連續(xù)墻均勻接觸，再將鋼支撐整體吊裝到位，然后用組合千斤頂施加預(yù)加軸力，達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將鋼楔子插入活絡(luò)端，卡牢并將鋼楔子與鋼管點(diǎn)焊，防止脫落。

水平支撐架設(shè)時(shí)，挖土至鋼支撐底部以下30 cm，先用挖掘機(jī)將鋼管撐下部地面清理平整，縱向均勻鋪設(shè)間距30 cm的枕木，在兩端地下連續(xù)墻上焊接鋼支撐托架，作為鋼支撐組裝對(duì)接、安裝調(diào)平的底座。用吊車(chē)將鋼支撐放在枕木上，根據(jù)地下連續(xù)墻上注明的鋼支撐中心軸線位置、標(biāo)高，人工配合使其就位，施加預(yù)應(yīng)力，焊牢鋼楔。

5）鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加。采用分離式液壓千斤頂對(duì)支撐鋼管施加預(yù)應(yīng)力，每個(gè)千斤頂規(guī)格為200 t，2個(gè)一組，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備2組。千斤頂施工前，應(yīng)有專(zhuān)業(yè)部門(mén)的鑒定報(bào)告，根據(jù)鑒定報(bào)告標(biāo)定方程式，計(jì)算施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的壓力值。制作固定千斤頂?shù)牡跫?，固定千斤頂?shù)跫芗芰⒃谡{(diào)節(jié)頭上，采用吊車(chē)配合進(jìn)行支撐鋼管的吊裝施工。在支撐鋼管活絡(luò)頭上設(shè)2臺(tái)千斤頂，千斤頂兩端均頂在長(zhǎng)度調(diào)節(jié)端頭上，然后對(duì)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的操作順序?yàn)樾：擞?jì)量器具→安裝千斤頂與油泵→校正頂作用點(diǎn)是否與支撐同心→施加應(yīng)力→穩(wěn)壓→超加5%應(yīng)力→丈量尺寸→穿支撐斜鐵鋼楔→回頂。

第一、二道支撐施加預(yù)應(yīng)力為500 kN，第三道支撐施加預(yù)應(yīng)力為1 000 kN，第四、五道支撐施加預(yù)應(yīng)力為2 000 kN。墻體水平位移速率超過(guò)警戒值時(shí)，可適量增加支撐軸力以控制變形，但復(fù)加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足設(shè)計(jì)安全度要求?？紤]到地下連續(xù)墻的同軸作用，因此同一地下連續(xù)墻的兩道鋼支撐宜同時(shí)施加應(yīng)力，既每挖出一片地下連續(xù)墻位置的土方立即施加預(yù)應(yīng)力再進(jìn)行后續(xù)的土方開(kāi)挖，防止地下連續(xù)墻發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

3　施工工期

不考慮天氣影響，機(jī)械維修等因素，正常開(kāi)挖情況下，各支撐施工天數(shù)見(jiàn)表1。

表1　支撐施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)d

混凝土支撐施工工期要比鋼支撐長(zhǎng)37d。

4　人、機(jī)、料投入

在開(kāi)挖機(jī)械投入同等的情況下，各支撐投入見(jiàn)表2。

表2　支撐施工人機(jī)料投入

混凝土支撐所需人機(jī)料比鋼支撐所需人機(jī)料要復(fù)雜，多樣。

5　結(jié)語(yǔ)

在合理安排施工順序的前提下，鋼支撐比混凝土支撐要施工方便，快捷且節(jié)約成本。但在施工過(guò)程中，由于鋼支撐采用預(yù)應(yīng)力支撐，鋼管容易受溫度、地下連續(xù)墻等外界環(huán)境影響而發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致支撐脫落，造成重大安全事故，而混凝土支撐則基本不存在這類(lèi)問(wèn)題，因此鋼支撐的危險(xiǎn)性比混凝土支撐要高很多。在安全生產(chǎn)的大環(huán)境下，鋼支撐施工必須做好充分前期準(zhǔn)備及嚴(yán)格的過(guò)程控制，方可安全、快捷、節(jié)約的完成施工任務(wù)。

［1］GB50204—2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］GB50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.007

□楊大利/中交一航局第四工程有限公司。

□TU753

□C

□1008-3197（2015）01-19-03

□2014-04-02

□逯登軍/男，1980年出，工程師，中交一航局第四工程有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。