裝配式鋼棧橋體系綠色施工技術在深基坑中的應用

1 裝配式鋼棧橋體系綠色施工技術在深基坑中的應用概述

在我國城市建設快速發展的新形勢背景下， 我國城市土地資源的利用逐漸呈現出緊缺的狀態， 并且城市建設愈發趨于高層結構與地下空間建設， 由此導致大部分城市建設項目的基坑工程存在形狀復雜、開挖難度大的問題。 為提高用地紅線內的面積使用率，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構施工的難度[1]。 在復雜的城市中心區域環境中， 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境保護要求，因此，在深基坑工程建設項目中通常需要利用鋼棧橋體系設置相應的圍護結構，在擴展材料堆場空間的同時，優化土方運輸路線，切實提高施工效率以及圍護結構的穩定性，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構施工階段，在后期階段還需要完成相應的拆除工作，其不僅會產生較高的工程費用，還可能產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保性與便利性。 在我國建筑工業化發展水平不斷提高的背景下， 建筑構件的預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制裝配式鋼棧橋體系， 但其中運用的鋼棧橋體系主要為現澆鋼筋混凝土構件，其原本就存在施工周期長、造價成本高、環境污染問題嚴重、材料損耗加劇等方面的問題。

2 裝配式鋼棧橋體系設計及應用

2.1 體系構成

裝配式鋼棧橋體系主要包括棧橋板系統、支撐次梁系統，其中棧橋板又由H 型鋼梁、成品花紋鋼板等構件組成，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型鋼兩側間隔15 m 處設置加肋板，而上、下底面鋼板則需要預設護欄孔及吊裝孔。

2.2 設計要點

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， 可以設置3 個混凝土板撐，同時調整支撐梁配筋。 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特性。 當平均荷載達到35 kPa 時，棧橋板最大正應力71.92 MPa、剪應力14.64 MPa，最大變形也符合建筑結構荷載規范、鋼結構設計標準。 對于施工中可能涉及的車輛類型、滿載質量，應確保滿載不超過70t， 根據當前現行的規范標準進行計算，將最大應力、剪應力分別控制在112.03 MPa、16.59 MPa，并確保最大撓度符合實際施工規范。

2.2.2 節點設計

在節點設計中通常需要考慮以下兩方面的設計要點：第一，兩側擋墻節點設計。 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、側邊擋墻限位等多種常見的限位方式，本工程項目以側邊擋墻限位方式為主。 在裝配式鋼棧橋兩側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點。 由于鋼棧橋標高普遍高于混凝土棧橋標高， 因此， 應適當提高混凝土棧橋的局部標高，確保混凝土棧橋板與鋼棧橋板齊平，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域與未提高區域之間的高度差為250 mm，因此，需要設置斜坡來連接具有高低差的混凝土棧橋板[2]。

2.3 施工方案設計

2.3.1 施工平面布置

在施工平面布置過程中應有意識地優化交通運輸組織，分別設置兩個出入口，以供空載車輛、滿載車輛運輸。 在現場施工中還可以將臨時道路建為環形， 以此為車輛運輸提供便利。 在構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場布置情況。 在地下室施工的影響下， 鋼棧橋等構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與安裝順序相反。 在吊裝環節，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的合理性。 在此基礎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，對鋼棧橋的整體結構做好驗收工作。 在拆除環節，應優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件的體積和質量相對較大，因此，必須通過汽車式起重機運輸的方式將其輸送到施工現場，但在運輸過程中應做好防護工作，避免崎嶇不平的道路運輸對鋼棧橋板造成損壞， 同時采取相應的加固和防護措施。 此外，在構件堆疊放置過程中，還可以在中間放置墊塊或隔板，以免構件在堆放過程中產生額外應力。 除此之外，相關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[3]。

3 裝配式鋼棧橋體系綠色施工技術在深基坑中的應用效果

3.1 環保性

對裝配式鋼棧橋體系的環保性能進行評估時， 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-輸出分析方法本質上屬于宏觀性質的分析方法，主要用于評估建筑行業在某一段時期內的碳排放量，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、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階段，因此，可以通過材料生產階段的碳排放量來評估工程項目整體的碳排放量與環保性能。

根據表1 中的碳排放量數據分析結果可知， 鋼棧橋碳排放量遠比現澆混凝土棧橋的碳排放量更低， 僅達到其碳排放量的49.19%。 由于鋼棧橋構件可以循環利用，因此，其碳排放量可以進一步降低。 將鋼棧橋構件周轉3 次后，其單次使用的碳排放量只有現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保性能遠比混凝土棧橋的環保性能更優異。 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件可循環使用，有助于大幅度提高構件及材料的利用率。 在裝配式鋼棧橋施工中無須過多的完成現場濕作業， 這也在一定程度上節約了工程用水量，在減少現場廢棄物與粉塵排放量的同時，還能為工程項目整體的環境清潔度提供良好保障， 同時有效避免大氣污染問題。 由于城市建設項目周邊涉及大量居民區，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 兩種棧橋生產階段的碳排放量對比

3.2 經濟性

將混凝土棧橋體系與優化后的鋼棧橋體系成本構成進行對比可以發現， 裝配式鋼棧橋體系中的棧橋板周轉一次后，其成本相比于混凝土棧橋體系降低了53.86%左右，即便棧橋板不周轉也能降低7.7%左右的成本，真正為建筑企業減少了大量不必要的成本支出。與此同時，鋼棧橋板的質量只有291.61 kg/m2，在同等條件下只有現澆混凝土棧橋板質量的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， 特別是鋼棧橋構件主要由專業工廠進行預制，不僅能保證構件本身的質量，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生的安全隱患。 與此同時，提前預制鋼棧橋構件后，將其運輸到工程施工現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、混凝土養護、鑿除等工序，通過這種方式減少現場濕作業的工作量，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、突涌等穩定性風險， 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保性、 經濟性、 便利性強的優點，但其在實際應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域必須經過特殊處理，無形中加劇了整個施工操作的難度。 鋼棧橋板的周轉效率同樣會對成本造成一定的影響，一旦周轉效率過低，就會使得經濟優勢無法全面體現出來， 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的經濟適用性要求。

4 結語