裝配式鋼棧橋體系綠色施工技術(shù)在深基坑中的應(yīng)用

1 裝配式鋼棧橋體系綠色施工技術(shù)在深基坑中的應(yīng)用概述

在我國城市建設(shè)快速發(fā)展的新形勢背景下， 我國城市土地資源的利用逐漸呈現(xiàn)出緊缺的狀態(tài)， 并且城市建設(shè)愈發(fā)趨于高層結(jié)構(gòu)與地下空間建設(shè)， 由此導(dǎo)致大部分城市建設(shè)項目的基坑工程存在形狀復(fù)雜、開挖難度大的問題。 為提高用地紅線內(nèi)的面積使用率，通常需要將地下室范圍貼近于紅線布置，從而使得紅線內(nèi)可用于材料堆積與施工通道的場地越來越少，無形中加大了基坑土方挖運與地下結(jié)構(gòu)施工的難度[1]。 在復(fù)雜的城市中心區(qū)域環(huán)境中， 基坑場地周邊還分布著密集的道路市政管線， 且周邊大部分建筑物都有著嚴格的環(huán)境保護要求，因此，在深基坑工程建設(shè)項目中通常需要利用鋼棧橋體系設(shè)置相應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)，在擴展材料堆場空間的同時，優(yōu)化土方運輸路線，切實提高施工效率以及圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進一步縮短施工工期，嚴格把控工程造價。

深基坑工程中的鋼棧橋體系主要用于地下結(jié)構(gòu)施工階段，在后期階段還需要完成相應(yīng)的拆除工作，其不僅會產(chǎn)生較高的工程費用，還可能產(chǎn)生嚴重的材料浪費問題。 基于此，在深基坑工程中通常需要嚴格把控鋼棧橋體系施工的成本，在減少資源浪費的同時提高工程施工的環(huán)保性與便利性。 在我國建筑工業(yè)化發(fā)展水平不斷提高的背景下， 建筑構(gòu)件的預(yù)制化程度越來越深入， 我國大部分深基坑工程項目正嘗試運用預(yù)制裝配式鋼棧橋體系， 但其中運用的鋼棧橋體系主要為現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件，其原本就存在施工周期長、造價成本高、環(huán)境污染問題嚴重、材料損耗加劇等方面的問題。

2 裝配式鋼棧橋體系設(shè)計及應(yīng)用

2.1 體系構(gòu)成

裝配式鋼棧橋體系主要包括棧橋板系統(tǒng)、支撐次梁系統(tǒng)，其中棧橋板又由H 型鋼梁、成品花紋鋼板等構(gòu)件組成，鋼材等級均以Q345B 為主。 在工程項目施工中使用固定的模數(shù)6 000 mm×1 524×mm×244 mm、單塊2.7 t、標準承載力50 kN/m2，表面板材以凹凸紋路的形式存在。 在裝配式鋼棧橋體系設(shè)計中，通常需要在上、下底面間隔布置多道H 型鋼，并在每根H型鋼兩側(cè)間隔15 m 處設(shè)置加肋板，而上、下底面鋼板則需要預(yù)設(shè)護欄孔及吊裝孔。

2.2 設(shè)計要點

2.2.1 棧橋布置

本工程項目中的裝配式鋼棧橋替換面積達到2 000 m2左右， 若想在東西向形成對撐的狀態(tài)， 可以設(shè)置3 個混凝土板撐，同時調(diào)整支撐梁配筋。 當混凝土板撐位置確定后，整個鋼棧橋體系用鋼量需控制在58 322 t 左右。

在深基坑施工中需要將棧橋板搭接在支撐次梁上， 結(jié)合單向板、 簡支條件分別計算平均荷載與集中荷載下的力學(xué)特性。 當平均荷載達到35 kPa 時，棧橋板最大正應(yīng)力71.92 MPa、剪應(yīng)力14.64 MPa，最大變形也符合建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準。 對于施工中可能涉及的車輛類型、滿載質(zhì)量，應(yīng)確保滿載不超過70t， 根據(jù)當前現(xiàn)行的規(guī)范標準進行計算，將最大應(yīng)力、剪應(yīng)力分別控制在112.03 MPa、16.59 MPa，并確保最大撓度符合實際施工規(guī)范。

2.2.2 節(jié)點設(shè)計

在節(jié)點設(shè)計中通常需要考慮以下兩方面的設(shè)計要點：第一，兩側(cè)擋墻節(jié)點設(shè)計。 在裝配式鋼棧橋安裝過程中必須做好限位處理，選用連接件限位、側(cè)邊擋墻限位等多種常見的限位方式，本工程項目以側(cè)邊擋墻限位方式為主。 在裝配式鋼棧橋兩側(cè)擋墻施工方案制訂過程中， 通常需要同時澆筑擋墻與混凝土棧橋支撐梁，首次澆筑12 cm 后，待裝配式鋼棧橋安裝完畢后再利用素混凝土填縫剩余的3 cm。第二，裝配式鋼棧橋與鋼筋混凝土棧橋交叉處的連接節(jié)點。 由于鋼棧橋標高普遍高于混凝土棧橋標高， 因此， 應(yīng)適當提高混凝土棧橋的局部標高，確?；炷翖虬迮c鋼棧橋板齊平，以此為行車的順利通行提供良好保障。 其中，混凝土棧橋標高的提高區(qū)域與未提高區(qū)域之間的高度差為250 mm，因此，需要設(shè)置斜坡來連接具有高低差的混凝土棧橋板[2]。

2.3 施工方案設(shè)計

2.3.1 施工平面布置

在施工平面布置過程中應(yīng)有意識地優(yōu)化交通運輸組織，分別設(shè)置兩個出入口，以供空載車輛、滿載車輛運輸。 在現(xiàn)場施工中還可以將臨時道路建為環(huán)形， 以此為車輛運輸提供便利。 在構(gòu)件堆放和拼裝過程中，還需要充分考慮工程特點、鋼棧橋及配件臨時堆場的現(xiàn)場布置情況。 在地下室施工的影響下， 鋼棧橋等構(gòu)件堆場主要布置在棧橋或基坑外部附近的安裝位置處。

2.3.2 鋼棧橋安拆方案

當基坑首道支撐達到設(shè)計強度的80%后， 即可安裝裝配式鋼棧橋板，嚴格按照由近及遠的基坑移交順序進行安裝，其中鋼棧橋的拆除順序應(yīng)與安裝順序相反。 在吊裝環(huán)節(jié)，通常需要對已完成的鋼棧橋梁進行測量放線， 并將鋼棧橋梁平面控制在同一標高上，同時保證每塊棧橋板鋪設(shè)的合理性。 在此基礎(chǔ)上還需要運用汽車式起重機， 按照由近及遠的順序依次吊裝，將卸扣與棧橋板吊裝孔固定后，即可進行四點起吊。 對局部不平整的位置，還需要使用橡膠墊做好找平處理。 對于鋼棧橋與控位混凝土中間的縫隙， 可以利用素混凝土進行填充處理，并確保填充的素混凝土比鋼棧橋表面更低。 最后，對鋼棧橋的整體結(jié)構(gòu)做好驗收工作。 在拆除環(huán)節(jié)，應(yīng)優(yōu)先對定位混凝土進行鑿除處理，以此保證鋼棧橋移動的靈活性。 與此同時，利用汽車式起重機按照由遠及近的順序進行吊裝、裝車，確保拆除的順序與安裝的順序相反。 由于裝配式鋼棧橋構(gòu)件的體積和質(zhì)量相對較大，因此，必須通過汽車式起重機運輸?shù)姆绞綄⑵漭斔偷绞┕がF(xiàn)場，但在運輸過程中應(yīng)做好防護工作，避免崎嶇不平的道路運輸對鋼棧橋板造成損壞， 同時采取相應(yīng)的加固和防護措施。 此外，在構(gòu)件堆疊放置過程中，還可以在中間放置墊塊或隔板，以免構(gòu)件在堆放過程中產(chǎn)生額外應(yīng)力。 除此之外，相關(guān)施工人員還需要及時整理施工場地，以此為車輛運輸出場的順利進行奠定良好基礎(chǔ)[3]。

3 裝配式鋼棧橋體系綠色施工技術(shù)在深基坑中的應(yīng)用效果

3.1 環(huán)保性

對裝配式鋼棧橋體系的環(huán)保性能進行評估時， 可以選用碳排量指標作為定性標準。 對建筑工程中的碳排量進行計算時，通常需要用的輸入-輸出分析方法、基于過程的評估方法等。 其中，輸入-輸出分析方法本質(zhì)上屬于宏觀性質(zhì)的分析方法，主要用于評估建筑行業(yè)在某一段時期內(nèi)的碳排放量，這種方法可以綜合提高單個建筑碳排放量的計算精度。 而基于過程的評估方法可以將工程項目中的鋼棧橋方案與原計劃規(guī)定的混凝土棧橋方案的碳排放量指標進行對比， 從而定量分析鋼棧橋體系的環(huán)保性能。 基于過程的評估方法主要涉及碳排放量、工程量及其對應(yīng)的單位碳排放量，因此，可將工程項目的碳排放量計算劃分成3 個階段，即材料生產(chǎn)、運輸、建造3 個階段。 由于大部分工程項目的碳排放量主要集中在材料生產(chǎn)階段，因此，可以通過材料生產(chǎn)階段的碳排放量來評估工程項目整體的碳排放量與環(huán)保性能。

根據(jù)表1 中的碳排放量數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知， 鋼棧橋碳排放量遠比現(xiàn)澆混凝土棧橋的碳排放量更低， 僅達到其碳排放量的49.19%。 由于鋼棧橋構(gòu)件可以循環(huán)利用，因此，其碳排放量可以進一步降低。 將鋼棧橋構(gòu)件周轉(zhuǎn)3 次后，其單次使用的碳排放量只有現(xiàn)澆混凝土棧橋碳排放量的16.40%，這也意味著鋼棧橋體系的環(huán)保性能遠比混凝土棧橋的環(huán)保性能更優(yōu)異。 最重要的是，裝配式鋼棧橋還能有效減少水泥和鋼筋等材料損耗，究其主要原因在于鋼棧橋構(gòu)件可循環(huán)使用，有助于大幅度提高構(gòu)件及材料的利用率。 在裝配式鋼棧橋施工中無須過多的完成現(xiàn)場濕作業(yè)， 這也在一定程度上節(jié)約了工程用水量，在減少現(xiàn)場廢棄物與粉塵排放量的同時，還能為工程項目整體的環(huán)境清潔度提供良好保障， 同時有效避免大氣污染問題。 由于城市建設(shè)項目周邊涉及大量居民區(qū)，因此，需要通過裝配式鋼棧橋施工省去混凝土鑿除等工序， 在減緩噪聲污染的同時， 最大限度地降低工程施工對居民的正常生活造成的不利影響，真正將綠色建筑施工理念落到實處。

表1 兩種棧橋生產(chǎn)階段的碳排放量對比

3.2 經(jīng)濟性

將混凝土棧橋體系與優(yōu)化后的鋼棧橋體系成本構(gòu)成進行對比可以發(fā)現(xiàn)， 裝配式鋼棧橋體系中的棧橋板周轉(zhuǎn)一次后，其成本相比于混凝土棧橋體系降低了53.86%左右，即便棧橋板不周轉(zhuǎn)也能降低7.7%左右的成本，真正為建筑企業(yè)減少了大量不必要的成本支出。與此同時，鋼棧橋板的質(zhì)量只有291.61 kg/m2，在同等條件下只有現(xiàn)澆混凝土棧橋板質(zhì)量的36.45%， 在減少棧橋板支撐柱尺寸的同時，還能嚴格把控工程材料成本。

3.3 施工便利性

裝配式鋼棧橋體系與現(xiàn)澆混凝土棧橋體系相比， 前者在施工方面有著良好的便利性， 特別是鋼棧橋構(gòu)件主要由專業(yè)工廠進行預(yù)制，不僅能保證構(gòu)件本身的質(zhì)量，鋼棧橋板的承載力也遠比標準化程度更高， 有助于嚴格把控整個施工過程中可能產(chǎn)生的安全隱患。 與此同時，提前預(yù)制鋼棧橋構(gòu)件后，將其運輸?shù)焦こ淌┕がF(xiàn)場后即可進行拼接安裝， 省去了焊接切割、支模拆模、鋼筋綁扎、混凝土養(yǎng)護、鑿除等工序，通過這種方式減少現(xiàn)場濕作業(yè)的工作量，有效縮短施工工期，真正為整個施工過程的便利性提供良好保障。 在軟土地區(qū)開展深基坑工程施工時，運用裝配式鋼棧橋體系可以有效縮短施工工期，進一步縮短基坑暴露的時間，從根本上避免基坑隆起、突涌等穩(wěn)定性風(fēng)險， 最大限度地降低其對基坑周邊建筑物造成的不利影響[4]。

3.4 局限性

裝配式鋼棧橋不僅具有環(huán)保性、 經(jīng)濟性、 便利性強的優(yōu)點，但其在實際應(yīng)用過程中也存在多個方面的局限性，如裝配式鋼棧橋體系的配套鋼管樁穿樓板區(qū)域必須經(jīng)過特殊處理，無形中加劇了整個施工操作的難度。 鋼棧橋板的周轉(zhuǎn)效率同樣會對成本造成一定的影響，一旦周轉(zhuǎn)效率過低，就會使得經(jīng)濟優(yōu)勢無法全面體現(xiàn)出來， 同時無法取得理想的項目施工管理效果。 最重要的是，裝配式鋼棧橋體系主要適用于深基坑項目，在淺大基坑項目中很難滿足相應(yīng)的經(jīng)濟適用性要求。

4 結(jié)語