鋼管支撐在某下穿道路基坑優(yōu)化中的應用

王 靖，李 明

(南華大學，湖南 衡陽421001)

當前基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)按材料可分為現(xiàn)澆砼和鋼結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆混凝土支撐截面一般為矩形，澆筑及養(yǎng)護時間長，自重大，拆除支撐難度大，產(chǎn)生廢棄物多且難以回收，對環(huán)境影響大。相比現(xiàn)澆混凝土支撐，鋼管支撐具有安裝、拆卸方便，施工更便利，自重小，可周轉(zhuǎn)使用，對環(huán)境影響小的優(yōu)點。本文介紹用鋼管支撐代替混凝土支撐應用在下穿道路工程中的優(yōu)化效果。

1 工程概況

1.1 工程范圍

某下穿大道工程起訖里程為K0+255～K0+776，全長521m，其中K0+314.26～K0+700段為下沉隧道下穿解放大道，隧道全程385.74m。隧道處道路路幅寬度為42.5m，為主四輔二，雙向六車道。

1.2 工程地質(zhì)

所處地貌，根據(jù)其成因類型和微地貌特征分析為剝蝕沖積作用為主的沖積地貌，場地較為平坦。該區(qū)屬亞熱帶大陸性氣候，冬春多雨，夏秋干旱，年平均氣溫17.9℃，日極端最高氣溫40.8℃，最低氣溫-7.9℃，年平均降雨量1337.4mm，年平均蒸發(fā)量1448.7mm，常年可進行建筑施工。

1.3 基坑支護

本隧道暗埋段基坑開挖深度為10～12.3m，結(jié)合隧道的特點、周邊環(huán)境、工程造價、水文地質(zhì)條件和既有道路交通，對本隧道各段進行不同方式的支護方式，優(yōu)化段支護設計見表1。基坑底部主要位于粉質(zhì)黏土，土層信息見表2。

表1 支護參數(shù)表

表2 場地內(nèi)各地層的工程特性指標表

2 鋼管支撐基坑優(yōu)化

2.1 原設計

基坑原支護設計為支護樁+砼內(nèi)支撐，基坑砼支撐采用C30混凝土，截面尺寸寬50cm*高80cm。基坑土方開挖至內(nèi)支撐底標高后，施工內(nèi)支撐構(gòu)件，安裝模板，綁扎鋼筋，澆筑混凝土。支撐與腰梁須一起整體澆注，施工時按L/400預起拱，L為支撐跨度，待混凝土強度達到設計強度后方可往下開挖。

砼支撐拆除必須嚴格按照設計規(guī)定的程序進行。隧道標準段各道支撐待混凝土強度達到85%以后方可拆除。隧道拐角處斜撐均需各層板達到100%設計強度后方可拆除，砼支撐受力如圖2所示。

圖1 支護斷面圖

圖2 砼內(nèi)撐基坑內(nèi)力位移包絡圖

2.2 優(yōu)化后

為了減少圍護壁的側(cè)向變形或防止圍護壁倒塌，在基坑圍護壁上一定位置，設置內(nèi)支撐，以提高圍護壁抵抗主動土壓力的能力。混凝土內(nèi)支撐剛度大，變形小，而鋼管支撐剛度小，為了減少變形需在鋼管內(nèi)支撐一端施加預應力。

本工程采用鋼管支撐，截面尺寸?560×16.0，分節(jié)制作，管節(jié)間采用法蘭盤高強螺栓連接，鋼管支撐端部設預加軸力裝置。縱橫鋼管以及鋼管與豎向格構(gòu)柱的節(jié)點連接采用鋼支架十字節(jié)連接，鋼支撐構(gòu)造見圖3。

圖3 鋼支撐端部示意圖

安裝鋼管支撐遵循“先長后短，減少接頭”的原則，接頭宜放在支承立柱樁樁帽上或者兩側(cè)附近，同時應盡量保持內(nèi)點略高，中間低的狀態(tài)，布置如圖4。

圖4 支護斷面圖

鋼管支撐拆除必須嚴格按設計規(guī)定，待底板及傳力帶達到設計強度后，方可拆除。拆除支撐需搭簡易腳手架，以便施工人員能順利操作，鋼管內(nèi)撐受力如圖5。

圖5 鋼管內(nèi)支撐內(nèi)力位移包絡圖

3 效果分析

3.1 縮短施工時間

混凝土支撐施工從鋼筋綁扎、混凝土澆筑到混凝土達到設計強度時間約20天且工序復雜、安全隱患大、廢棄物難以回收、工期長；鋼管支撐鋼構(gòu)件可在場地內(nèi)預拼裝，工序簡單，采用千斤頂施加預加力可快速發(fā)揮支撐作用，可大幅度節(jié)省工期。

3.2 施工便利

混凝土支撐施工工序多，拆除時，機械破除產(chǎn)生噪音和廢渣，清理不便，成本高。而鋼管支撐可采用裝配連接，機械吊裝施工速度快，工序相對少。拆除時，搭腳手架平臺承托鋼管支撐，分級卸力，一般采用主輔兩臺汽車吊吊離，施工工序相對簡單，安全性高，鋼管可回收，對環(huán)境污染小。

3.3 成本費用小

混凝土支撐(含支撐拆除)綜合單價約1400元/m3，如拆除時采用金剛石工具在高速運動的作用下的靜力切割方法成本更高。而鋼支撐采用租賃方法，同時拆除方便，成本費用低，鋼支撐可完全回收，每噸可替換2m3混凝土，每替換1m混凝土可節(jié)約1000元以上。

3.4 滿足施工規(guī)范要求

鋼筋混凝土支撐表現(xiàn)為水平受壓為主，采用配筋和加大支撐截面的方法提高內(nèi)支撐剛度，變形小。而鋼管剛度較小，但合理適用亦滿足工程要求。例如本工程基坑水平位移值，與周邊沉降亦在控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

本文介紹了鋼管支撐體系及其特點，以某下穿道路基坑為工程背景，詳細介紹鋼管支撐體系在基坑優(yōu)化中的應用。鋼管支撐施工速度快，工序簡單，安全性高，同時鋼管可回收，對環(huán)境污染小，是基坑綠色工程發(fā)展方向。相比混凝土支撐，鋼管支撐具有縮短工期、施工便利、成本費用小的優(yōu)勢，同時在工程應用中鋼管支撐亦可滿足工程規(guī)范要求，可應用于市政基坑，為同類工程的設計及設計優(yōu)化提供借鑒。