橫跨深大基坑的大直徑雨水管線懸吊保護設(shè)計

蔡東明 陳 兵

(北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082)

隨著城市的快速發(fā)展，在城市中心修建地下道路不可避免地與復(fù)雜的地下市政管線交叉甚至沖突。采用明挖法修建的地下道路，在基坑開挖前有條件遷改的已經(jīng)完成遷改，但有些管線由于條件限制不能按時遷改，同時還必須保證正常使用。在基坑施工過程中如何做好過街管線的保護是此類工程面臨的共同問題。橫跨基坑的市政管線主要有電信、電力、燃氣、上水、中水、雨水、熱力七大類。當管線管徑較小、重量較輕、管材延展性較好、基坑寬度較小時，管線的保護相對容易；但當管線管徑及重量大、對變形要求嚴格、基坑寬度較大時，管線保護相對難度較大，需要經(jīng)過專門設(shè)計來保證施工過程中管線的安全及其正常使用。

1 工程概況

廣渠路東延(怡樂西路—東六環(huán)路)道路工程，線位起于怡樂西路，沿現(xiàn)況通朝大街、運河西大街、運河?xùn)|大街方向向東與東六環(huán)路相交，處于城市副中心中部。道路規(guī)劃為城市主干路按地面、地下兩套系統(tǒng)設(shè)置。地面道路為景觀大道，地下道路全線下穿，長約6.57km，設(shè)計行車速度為80km/h，為雙向六條車道，外側(cè)車道為大容量公交專用道。工程平面位置見圖1。

Z1K17+690.2～ Z1K17+736.6段圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐型式?；訉?0.3m，深18.4m，地下連續(xù)墻嵌固深度17.6m，墻厚0.8m。在Z1K17+717.62處，存在1根φ1600(t=16mm)的雨水管線，管道為鋼管，南北向布置，與基坑軸線正交，管底高程15.516～15.540m，埋深3.84m。雨水管線橫跨基坑平面見圖2，雨水管線橫跨基坑橫斷面見圖3。

圖1 工程位置示意圖

圖2 管線橫跨基坑平面布置

2 懸吊保護方案

工程采用明挖法施工，基坑跨度大，管線與基坑正交，管徑較大且在基坑施工期間需正常使用。雨水管較重，需要采取懸吊保護措施以保證雨水管結(jié)構(gòu)安全和正常使用。工程上對此類管徑較大的雨水管線的保護方法通常采用貝雷梁懸吊方式進行保護。

設(shè)計雨水管線采用321型三排單層加強型貝雷梁進行懸吊保護，貝雷梁固定在基坑兩側(cè)冠梁上，冠梁施工時預(yù)留預(yù)埋鋼板。貝雷梁底部設(shè)置雙拼I25工字鋼橫擔(dān)，間距1.5m，管線底部設(shè)置雙拼I16工字鋼橫擔(dān)，間距1.5m，上下側(cè)橫擔(dān)通過φ25精軋螺紋鋼進行連接，精軋螺紋鋼上下兩端均采用M25的高強螺栓進行固定。螺母可上下調(diào)整高度，以便對雨水管線懸吊保護時調(diào)整高度。雨水管跨基坑懸吊保護橫斷面見圖4。

圖4 雨水管跨基坑懸吊保護橫斷面 (尺寸單位：cm)

3 懸吊材料驗算

跨基坑雨水管懸吊保護桁架，上部采用雙拼I25工字鋼間距1.5m布置，跨度為3m；下部采用雙拼I16工字鋼間距1.5m布置，跨度為2m。

3.1 雨水管自重

鋼管線重：G1=1/4×3.14×(1.622-1.582)×1×7850=789(kg/m)

1/3滿水線重：G2=1/3×1000×3.14×1.582=2613(kg/m)

過水管線總重：G=G1+G2=789+2613=3402(kg/m)

3.2 雙拼I25工字鋼撓度計算(@1.5m)

DN1600雨水管對工字鋼集中荷載(考慮1.2的荷載系數(shù))：

雙拼I25工字鋼受力簡圖見圖5。

圖5 I25工字鋼受力簡圖

I25工字鋼撓度驗算簡圖見圖6。

圖6 I25工字鋼撓度驗算簡圖

容許撓度值：[y]=l/400=3m/400=7.5mm

最大撓度值：y=5ql4/(384EI)=0.8(mm)<[y]，滿足要求。

3.3 雙拼I16工字鋼荷載計算(@1.5m)

DN1600雨水管對工字鋼集中荷載(考慮1.2的荷載系數(shù))：

I16工字鋼受力簡圖見圖7。

圖7 I16工字鋼受力簡圖

I16工字鋼撓度驗算簡圖見圖8。

圖8 I16工字鋼撓度驗算簡圖

容許撓度值：[y]=l/400=2m/400=5(mm)

最大撓度值：y=5ql4/(384EI)=1.1mm<[y]，滿足要求。

3.4 貝雷梁撓度計算

貝雷梁撓度計算考慮兩部分，一部分是貝雷梁自身重量造成的撓度，另一部分是雨水管重量造成的撓度，最終的撓度是兩者之和。

彈性撓度計算：將雨水管的均布載荷加到貝雷梁上，即每根貝雷所受均布載荷為

q=貝雷重量×9.8+雨水管每延米重量/2×9.8

=90×2×9.8+3402/2×9.8=18.434(kN)

撓度計算公式為

式中q=18.434kN，EI=3.416×106kN/m2，則

非彈性撓度計算：由于貝雷梁采用銷接，銷與孔之間存在設(shè)計間隙，桁架受載后兩者間的相對位移會引起結(jié)構(gòu)的非彈性撓度，根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》，撓度計算公式為

f=0.05(n2-1)(cm)

式中n為拼接節(jié)數(shù)，本工程中n取11，則

f=0.05(n2-1)=0.05×(102-1)=4.95(cm)

通過計算可知，貝雷梁的撓度主要由本身的非彈性撓度構(gòu)成，強度滿足要求，施工中注意采取措施減少非彈性撓度。

4 地連墻穿孔處處理方法

跨基坑雨水管道兩側(cè)地連墻還未施工，為減少后期破拆地連墻難度及避免不規(guī)則破拆對地連墻造成損害，在地連墻施工時預(yù)埋鋼套管，鋼套管外徑為1800mm，厚度為12mm，材質(zhì)為Q235B。

鋼筋籠加工時，在鋼套管位置處，主筋需斷開，斷開主筋均向內(nèi)90°彎折，并與鋼套管焊接，焊接長度滿足單面焊10d。鋼筋籠兩側(cè)在鋼套管處設(shè)井字加強筋，加強筋為φ25，雙層布置，L=350cm，間距200mm；箍筋采用φ16，間距200mm。鋼筋籠下放前鋼套筒內(nèi)部需采用50mm厚聚苯乙烯泡沫板填充密實，具體做法見圖9、圖10。

圖9 地連墻鋼套筒位置加筋(單位：cm)

圖10 A-A剖面圖及N2箍筋大樣(單位：cm)

5 雨水管監(jiān)測措施

a.監(jiān)測項目：?雨水管沉降；?雨水管破損情況。

b.監(jiān)測點的布置。在懸吊的雨水管承托工字鋼中間位置設(shè)置一個沉降觀測點，貼反光條。

c.監(jiān)測頻率。設(shè)置專職安全員，在懸吊結(jié)構(gòu)施工時及土方回填前，進行巡視，巡視頻率為2次/d；懸吊完成后，對雨水管沉降每天觀測一次。

d.監(jiān)測儀器。電子水準儀、鋼尺、全站儀等，量測精度為±0.4mm。

e.沉降觀測點控制標準。沉降速率不大于2mm/d。

f.施工期間加強對懸吊雨水管變形的監(jiān)測工作，并將監(jiān)測結(jié)果及時分析并匯報給相關(guān)負責(zé)人。一旦雨水管變形增大，應(yīng)及時分析原因，采取有效措施進行處理。一般采用的方法為：?增加懸吊點的數(shù)量；?增加斜支撐。

6 結(jié) 語

雨水管線橫跨基坑懸吊保護是采用明挖法修建地下道路時，基坑在施工過程中保證過街管線的安全與正常使用的主要措施。在實際工程中，必須制定具體、可行的懸吊保護方案，并且施工中要加強監(jiān)測，以確保管線安全。