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

以往翻車機房廊道基坑施工過程中，支撐方式多采用鋼筋混凝土支撐，在高效節能的大環境下，此傳統工藝可以進行改變。文章以實際工程為例，對鋼支撐替代鋼筋混凝土支撐施工進行對比闡述。

廊道基坑；鋼支撐；鋼筋混凝土

黃驊港（煤炭港區）四期地下廊道是煤炭經翻車機翻入地下，在轉運至地上的重要通道。由于是地下深基坑結構，作為基坑施工的安全保證，其支護顯得尤為重要。在以往施工中，均采用現澆鋼筋混凝土支撐方式，但此方式施工周期長且不能夠重復使用，結合地鐵鋼支撐施工的經驗，鋼支撐替代混凝土支撐，在四期地下廊道施工中，得到了應用。

1　工程概況

黃驊港四期翻車機房地下廊道工程施工主體廊道分為9段，總施工長度為134 m，開挖原土高程5.8 m，基底標高-12.335～1.289 m，基坑開挖深度18.1～4.6 m，由南向北的深度逐漸降低。廊道基坑兩側開挖前打設地下連續墻，墻頂標高5 m，墻底標高-26 m。為保證基坑內干施工，開挖前打設降水井6口，減壓井2口。

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

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

經設計計算確認，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(傳統施工方法)

2.1.1施工總體安排

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

2.1.2土方開挖的工藝流程

施工準備→第一層土方開挖→第一道支撐施工→第二層基坑土方開挖→第二道支撐施工→第三層土方開挖→第三道支撐施工→第四層土方開挖→第四道支撐施工→第五層土方開挖至設計基底。

每層支撐混凝土達到設計強度的90%以上，才能進行下一層土方的開挖。

廊道土方開挖以機械挖土為主，輔助人工配合整平并修整邊坡。開挖按照設計圖紙分為五層進行施工，見圖1。

圖1　混凝土支撐開挖斷面

2.1.3鋼筋混凝土支撐結構施工

1）支護結構工藝流程。施工測量→土方開挖至支撐底標高→墊層模板支設→墊層混凝土澆筑→鋪設油氈→支撐鋼筋綁扎→支撐模板支設→支撐混凝土澆筑→支撐模板拆除→混凝土養護→下一層土方開挖施工。

2）主要施工技術要求。施工測量人員在土方開挖過程中，嚴格控制開挖的標高以及整個支撐體系的位移情況。鋼筋在加工場集中下料制作，現場綁扎成型，主筋采用閃光對焊，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，導梁、腰梁底模直接利用開挖土面，底膜采用50mm厚砂漿墊層鋪設一層油毛氈制作，待導梁、支撐梁、腰梁澆筑完成，強度達到設計要求，開始下層土體開挖后，將砂漿墊層鑿除，見圖2。

圖2　支撐底模

混凝土采用集中攪拌，罐車運輸并直接泵送入模。混凝土施工時必須將地下連續墻表面低于設計強度等級的混凝土鑿除干凈，深度≮5 cm?；炷翝仓仨殢囊欢说搅硪欢瞬捎眯泵娣謱臃ㄟM行澆筑，分層厚度≯50 cm，混凝土澆筑應連續進行。

2.2鋼支撐（新的施工方法）

2.2.1結構穩定性驗算

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

錨固力計算依據錨桿實際錨固長度計算。安全系數最小的工況Ks=2.851≥1.200，滿足規范要求。

2）抗隆起驗算。變更后的鋼支撐在受力穩定性方面，滿足施工安全要求。

2.2.2施工總體安排

開挖采取分層分段開挖的方式，隨挖隨進行鋼支撐支設，根據鋼支撐底標高，嚴格控制開挖深度，嚴禁超挖。為保證開挖過程中鋼支撐及時支設，在開挖前，進行鋼支撐預拼裝，開挖過程中，焊接好牛腿后，直接進行鋼支撐吊裝、加載預應力。

2.2.3施工工藝流程

土方開挖順序同混凝土支撐開挖順序相同，從鋼支撐間隙中直接取土時，每層分段開挖，先中間后兩邊，每層每段放坡比例1∶1.5，見圖3和圖4。

圖3　廊道基坑開挖橫斷面

圖4　廊道基坑開挖及鋼支撐平面示意

1）鋼支撐施工?；娱_挖過程中，及時安裝鋼支撐，對維護基坑穩定，防止地下連續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內完成，因此必須嚴格在土方施工前儲備足夠的支撐材料。

2）鋼支撐施工流程。計算鋼支撐長度→支撐定位放線→支撐拼裝→支撐部位的圍護墻表面鑿平→支撐點安裝固定件→焊接支點→安裝支撐前檢查→吊裝→支撐就位→施加預應力→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,鋼管材質為Q235B。鋼支撐一端固定，一端接活絡頭，施加預應力后用楔形鐵塊將活絡頭打緊，支撐牢固。

鋼支撐的穩定性是控制整個基坑穩定的重要因素之一，鋼支撐的架設必須準確到位并嚴格按設計圖的要求施加預應力。尤其要注意斜支撐的制作、安裝必須保證其滿足穩定、強度、變形的要求。

4）鋼支撐安裝。采用100t吊車進行吊裝。支撐安裝前先在地下連續墻上支撐設計位置進行找平，確保支撐端頭與地下連續墻均勻接觸，再將鋼支撐整體吊裝到位，然后用組合千斤頂施加預加軸力，達到設計值后，將鋼楔子插入活絡端，卡牢并將鋼楔子與鋼管點焊，防止脫落。

水平支撐架設時，挖土至鋼支撐底部以下30 cm，先用挖掘機將鋼管撐下部地面清理平整，縱向均勻鋪設間距30 cm的枕木，在兩端地下連續墻上焊接鋼支撐托架，作為鋼支撐組裝對接、安裝調平的底座。用吊車將鋼支撐放在枕木上，根據地下連續墻上注明的鋼支撐中心軸線位置、標高，人工配合使其就位，施加預應力，焊牢鋼楔。

5）鋼支撐預應力施加。采用分離式液壓千斤頂對支撐鋼管施加預應力，每個千斤頂規格為200 t，2個一組，現場準備2組。千斤頂施工前，應有專業部門的鑒定報告，根據鑒定報告標定方程式，計算施加預應力時的壓力值。制作固定千斤頂的吊架，固定千斤頂吊架架立在調節頭上，采用吊車配合進行支撐鋼管的吊裝施工。在支撐鋼管活絡頭上設2臺千斤頂，千斤頂兩端均頂在長度調節端頭上，然后對鋼支撐施加預應力，預應力的操作順序為校核計量器具→安裝千斤頂與油泵→校正頂作用點是否與支撐同心→施加應力→穩壓→超加5%應力→丈量尺寸→穿支撐斜鐵鋼楔→回頂。

第一、二道支撐施加預應力為500 kN，第三道支撐施加預應力為1 000 kN，第四、五道支撐施加預應力為2 000 kN。墻體水平位移速率超過警戒值時，可適量增加支撐軸力以控制變形，但復加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足設計安全度要求?？紤]到地下連續墻的同軸作用，因此同一地下連續墻的兩道鋼支撐宜同時施加應力，既每挖出一片地下連續墻位置的土方立即施加預應力再進行后續的土方開挖，防止地下連續墻發生扭轉。

3　施工工期

不考慮天氣影響，機械維修等因素，正常開挖情況下，各支撐施工天數見表1。

表1　支撐施工天數統計d

混凝土支撐施工工期要比鋼支撐長37d。

4　人、機、料投入

在開挖機械投入同等的情況下，各支撐投入見表2。

表2　支撐施工人機料投入

混凝土支撐所需人機料比鋼支撐所需人機料要復雜，多樣。

5　結語

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，快捷且節約成本。但在施工過程中，由于鋼支撐采用預應力支撐，鋼管容易受溫度、地下連續墻等外界環境影響而發生變形，進而導致支撐脫落，造成重大安全事故，而混凝土支撐則基本不存在這類問題，因此鋼支撐的危險性比混凝土支撐要高很多。在安全生產的大環境下，鋼支撐施工必須做好充分前期準備及嚴格的過程控制，方可安全、快捷、節約的完成施工任務。

［1］GB50204—2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［2］GB50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范［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，從事工程技術管理工作。