關(guān)于城市地下綜合管廊支架體系的比較與研究

史偉偉

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）

0 引言

綜合管廊支架體系主要為管廊內(nèi)的管道及橋架起到支撐及固定作用，傳統(tǒng)的地下室及地道內(nèi)的支架大多采用后錨固法施工，即先在施工現(xiàn)場(chǎng)或工廠加工支架，再通過(guò)膨脹螺栓與結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)支架體系大多存在著支架自身容易腐蝕、標(biāo)高不宜調(diào)整、容易造成結(jié)構(gòu)滲漏等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段隨著城市綜合管廊建設(shè)事業(yè)的不斷推進(jìn)，誕生了一種新型支架體系，其主要由預(yù)埋槽鋼和裝配式托臂支架兩大部分組成，較傳統(tǒng)的螺栓后錨固支架體系有著承受較大荷載、避免由于膨脹螺栓施工造成結(jié)構(gòu)滲漏、安裝速度快、防腐效果好以及外觀質(zhì)量佳等優(yōu)點(diǎn)。新型支架體系均為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，在工廠批量生產(chǎn)。本文所介紹的帶錨腿預(yù)埋槽鋼是一種能承受較大荷載的預(yù)埋件，主要由槽鋼和錨腿組成，槽鋼用于連接各結(jié)構(gòu)元件，錨腿直接埋置于混凝土中，固定預(yù)埋槽鋼。在槽鋼凹槽內(nèi)填有填充物，主要用處是防止混凝土澆筑過(guò)程中預(yù)埋槽鋼內(nèi)產(chǎn)生滲漿現(xiàn)象。在托臂安裝階段可快速拆除填充物，最后通過(guò)T形螺栓完成成品托臂與預(yù)埋槽鋼的連接固定。本文主要通過(guò)構(gòu)件受力、防腐、施工工藝等方面分別比較新、老支架體系的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)管廊的建設(shè)提供參考，并以工程實(shí)例予以說(shuō)明。

1 支架體系組成構(gòu)件及安裝方式對(duì)比

1.1 新型支架體系組成構(gòu)件

1.1.1 構(gòu)件圖例

新型支架體系組成構(gòu)件如圖1所示。

圖1 配套托臂與T形螺栓安裝簡(jiǎn)圖及安裝效果

1.1.2 施工流程

支架加工→側(cè)墻鋼筋綁扎→掛墻體預(yù)埋槽墻體內(nèi)模施工→預(yù)埋槽定位及固定→頂板模板支設(shè)→頂板預(yù)埋槽定位及固定→頂板鋼筋綁扎及墻板混凝土澆筑→清理槽內(nèi)填充物→托臂標(biāo)高放樣托臂安裝。

現(xiàn)狀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模板主要分為金屬模板及木模板兩類(lèi)，新型支架預(yù)埋槽的安裝固定方式根據(jù)主體結(jié)構(gòu)模板的種類(lèi)主要分為兩種：

（1）結(jié)構(gòu)內(nèi)模采用木模板。結(jié)構(gòu)墻體鋼筋網(wǎng)片綁扎完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)文件在相應(yīng)位置放置預(yù)埋槽鋼，再封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)模板，內(nèi)模初步固定好后在墻體外側(cè)對(duì)預(yù)埋槽進(jìn)行精準(zhǔn)定位并固定，待整面墻體預(yù)埋槽鋼固定好后封閉結(jié)構(gòu)外模。為了保證預(yù)埋槽與模板貼合緊密，建議在木模板上開(kāi)孔用鐵絲固定，間距400 mm。該方案缺點(diǎn)在于對(duì)木模板有損傷，影響模板的周轉(zhuǎn)使用率。

（2）結(jié)構(gòu)內(nèi)模采用金屬模板。結(jié)構(gòu)墻體鋼筋網(wǎng)片綁扎完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)文件在相應(yīng)位置放置預(yù)埋槽鋼并進(jìn)行固定，再封閉墻體模板。如果現(xiàn)場(chǎng)采用金屬模板，則建議將預(yù)埋槽背后錨釘與墻體鋼筋綁扎或焊接連接，該方案缺點(diǎn)在于在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)墻體鋼筋網(wǎng)片容易晃動(dòng)，局部預(yù)埋槽不能與墻體模板貼緊，拆模后預(yù)埋槽鋼與混凝土表面產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，嵌入在結(jié)構(gòu)混凝土中，影響后期外觀質(zhì)量。

1.2 傳統(tǒng)支架體系組成構(gòu)件

1.2.1 構(gòu)件圖例

傳統(tǒng)支架體系組成構(gòu)件如圖2和圖3所示。

圖2 膨脹螺栓和支架制作

圖3 防腐處理和安裝效果

1.2.2 施工流程

管廊結(jié)構(gòu)施工→支架加工→測(cè)量放樣→墻體開(kāi)孔→支架安裝。

首先材料進(jìn)場(chǎng)之后按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行下料，切口處的卷邊、毛刺應(yīng)打磨干凈。下料后的鋼材如有明顯變形則應(yīng)進(jìn)行調(diào)平調(diào)直處理。立柱、橫撐以及斜撐之間應(yīng)滿焊，焊縫應(yīng)均勻、無(wú)燒穿、無(wú)明顯的夾渣和氣泡。焊接后及時(shí)清理表面焊渣。制作完成后按照規(guī)格集中堆放，再統(tǒng)一按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。

待管廊主體結(jié)構(gòu)施工完成后根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠芾葔w上相應(yīng)位置進(jìn)行開(kāi)孔，再通過(guò)膨脹螺栓將預(yù)先加工好的支架固定在墻體上。

2 產(chǎn)品特點(diǎn)比較

2.1 綜合管廊新型支架體系

支撐系統(tǒng)由預(yù)埋槽鋼、高強(qiáng)度T形連接螺栓，材質(zhì)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700—2006）規(guī)定的Q235鋼，表面熱鍍鋅防腐處理，鋅層厚度不低于70μm。

（1）在管廊襯砌表層內(nèi)形成加強(qiáng)的整體線形結(jié)構(gòu)，不是單點(diǎn)受力，受力均勻。

（2）有利于控制施工誤差，同時(shí)托臂支架可方便地上下調(diào)節(jié)，便于今后增減管廊內(nèi)支架層數(shù)。

（3）有利于線纜布局的精確安裝、調(diào)整，施工方便簡(jiǎn)單無(wú)灰塵。

（4）能夠承受動(dòng)態(tài)的疲勞荷載（200萬(wàn)次）和地震荷載。

（5）火災(zāi)高溫時(shí)承載變化小、等級(jí)高。

2.2 傳統(tǒng)錨栓后錨固支架體系

（1）前期無(wú)須與土建配合，后期定位。

（2）后期安裝質(zhì)量人為因素較大，螺栓開(kāi)孔遇到鋼筋時(shí)需對(duì)支架位置進(jìn)行重新調(diào)整。

（3）錨栓一旦施工，固定點(diǎn)就不能任意調(diào)節(jié)。為調(diào)節(jié)支架，需在側(cè)壁上做豎向槽鋼，單個(gè)豎向槽鋼一般為10#槽鋼，兩側(cè)的話整個(gè)管廊20c m的有效使用空間被浪費(fèi)。

3 成品安全質(zhì)量比較

3.1 綜合管廊新型支架體系

（1）工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，有完善的測(cè)試認(rèn)證報(bào)告。（2）預(yù)埋槽鋼有明確的選用力值，以確保用戶正確、安全、方便地選用。

（3）可以進(jìn)行專業(yè)的受力計(jì)算，保證體系的受力安全性，為后續(xù)擴(kuò)容施工提供準(zhǔn)確的冗余荷載。

（4）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一線操作人員技術(shù)水平要求較低，安裝質(zhì)量人為影響因素較小。

（5）無(wú)損壞混凝土結(jié)構(gòu)避免結(jié)構(gòu)滲漏。

（6）熱浸鍍鋅，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)70μm的熱浸鍍鋅層在正常環(huán)境下防腐可達(dá)100年。

（7）強(qiáng)大的二次深化設(shè)計(jì)的能力和經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)人員通過(guò)專業(yè)軟件計(jì)算，保證力學(xué)特性、功能性及外形美觀要求，設(shè)計(jì)精度高，材料控制精確。

3.2 傳統(tǒng)錨栓后錨固支架體系

（1）鉆孔施工過(guò)程中，不可避免地遇到鋼筋，產(chǎn)生廢孔，需灌漿處理影響混凝土觀感質(zhì)量。

（2）支架體系的制作安裝質(zhì)量人為影響因素很大，施工質(zhì)量較難控制。

（3）綜合管廊為薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻體厚度一般在300 mm左右，后錨固在鉆孔階段容易造成結(jié)構(gòu)滲漏。一旦結(jié)構(gòu)滲漏漏點(diǎn)很難處理且需在其他位置重新開(kāi)孔，造成支架位置偏差。

4 施工進(jìn)度比較

4.1 綜合管廊新型支架體系

能夠簡(jiǎn)單并快速安裝，一把專用扳手就可以將整個(gè)管廊里面所有支架安裝完畢。不需要任何機(jī)電設(shè)備，也不需要后續(xù)安裝措施費(fèi)，節(jié)約大量工期。

4.2 傳統(tǒng)錨栓后錨固支架體系

需要電動(dòng)工具進(jìn)行鉆孔作業(yè)，前期做通風(fēng)、清孔設(shè)備、清掃設(shè)備等作業(yè)準(zhǔn)備，定位不準(zhǔn)確，廢孔的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致工程量的增加，延誤更多的工期。

5 施工成本比較

5.1 綜合管廊新型支架體系

相較于傳統(tǒng)支架，新型支架體系構(gòu)配件成本較高，前期土建施工階段預(yù)埋槽鋼施工階段需投入一定量的人工工日，后期支架安裝階段較后錨固式支架投入的人工將大大降低。

5.2 傳統(tǒng)錨栓后錨固支架體系

傳統(tǒng)支架構(gòu)配件成本較低，在土建施工階段不需要安排專職人員進(jìn)行槽鋼預(yù)埋槽的預(yù)埋工作，但在后期支架安裝階段需要配備大量人工進(jìn)行支架的制作及安裝，成本與新型支架體系比較有所降低。

6 實(shí)際工程案例

6.1 工程概況

某綜合管廊工程位于上海市臨港新城，從現(xiàn)狀環(huán)湖北一路北側(cè)開(kāi)始向南沿?cái)M建北島西路延伸，總長(zhǎng)度951.6 m。主體結(jié)構(gòu)包括標(biāo)準(zhǔn)段、進(jìn)排風(fēng)口段、吊裝口段和分支口段，均采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

管廊為單箱雙室的矩形框架結(jié)構(gòu)，分為綜合倉(cāng)和燃?xì)鈧}(cāng)，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸B×H=5.7 m×4.85 m，結(jié)構(gòu)凈空高度為4.1 m，綜合倉(cāng)凈寬3.2 m，燃?xì)鈧}(cāng)凈寬1.6 m。結(jié)構(gòu)頂板厚度為300 mm，側(cè)墻及底板厚度均為350 mm，隔墻厚度為200 mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P6。

綜合倉(cāng)內(nèi)收納一根D N300污水管、四排8孔電力電纜、兩排4孔通信管、兩根D N300給水管，并預(yù)留一根D N500垃圾管或者中水管位置；燃?xì)鈧}(cāng)內(nèi)收納一根D N150燃?xì)夤堋?/p>

6.2 新型支架體系施工方案

6.2.1 安裝前的準(zhǔn)備

構(gòu)件鋼材選用Q235鋼，構(gòu)件均采用工廠加工生產(chǎn)，市場(chǎng)流行的構(gòu)件加工工藝主要分為熱軋或冷軋兩種工藝。熱軋鋼是經(jīng)過(guò)高溫加熱軋制而成的鋼材，它的強(qiáng)度不是很高，但足以滿足一般的使用；它的塑性、可焊性較好，因此比較常用。冷軋鋼是普通熱軋鋼經(jīng)過(guò)強(qiáng)力拉拔超過(guò)應(yīng)變硬化階段的鋼材，它的強(qiáng)度很高，但韌性、可焊性差，比較硬、脆。該工程主要構(gòu)件加工均采用熱軋工藝。

材料進(jìn)場(chǎng)后首先對(duì)原材料進(jìn)行驗(yàn)收，主要的驗(yàn)收項(xiàng)目包括：

（1）構(gòu)件外觀質(zhì)量。主要檢查預(yù)埋槽的平整度（主要檢查設(shè)備包括靠尺、塞尺等），構(gòu)件的鍍鋅層是否完整，構(gòu)件焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求，預(yù)埋槽內(nèi)填充料是否密實(shí)、兩端端蓋是否完整，構(gòu)件鋼材厚度、尺寸是否符合圖紙要求（主要檢查設(shè)備包括游標(biāo)卡尺、卷尺）。

（2）構(gòu)件鍍鋅厚度。對(duì)于主要構(gòu)件（預(yù)埋槽鋼、托臂）均采用熱浸鋅工藝，對(duì)于其他構(gòu)配件均采用達(dá)克羅工藝。綜合管廊為地下結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空氣濕度較大，構(gòu)件的鍍鋅厚度是影響支架構(gòu)件使用壽命的重要因素，主要構(gòu)件一般鍍鋅厚度應(yīng)不小于70μm，其主要檢測(cè)設(shè)備采用膜厚儀。

（3）其他質(zhì)量證明材料。合格證、質(zhì)保書(shū)、檢測(cè)報(bào)告等。

在預(yù)埋槽施工之前應(yīng)協(xié)同廠家、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位根據(jù)主體結(jié)構(gòu)施工工藝對(duì)支架預(yù)埋槽的固定方案進(jìn)行討論確定。

6.2.2 成品預(yù)埋槽安裝

該工程主體結(jié)構(gòu)墻體模板采用木模板，在墻體鋼筋綁扎完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將預(yù)埋槽掛在相應(yīng)位置的鋼筋網(wǎng)片上，在結(jié)構(gòu)側(cè)墻內(nèi)模封閉后、外模封閉前對(duì)預(yù)埋槽進(jìn)行精準(zhǔn)定位，首先根據(jù)圖紙?jiān)谀０迳袭?huà)出預(yù)埋槽邊線，用釘子將預(yù)埋槽鋼釘在模板上（建議上、中、下三道）做初步固定，此時(shí)應(yīng)對(duì)預(yù)埋槽的平面位置以及規(guī)格進(jìn)行最終確認(rèn)，再用電鉆在槽鋼兩側(cè)的模板上開(kāi)孔，最后用鐵絲進(jìn)行最終固定（鐵絲綁扎間距建議400 mm）。

6.2.3 托臂安裝

待主體結(jié)構(gòu)施工完成后首先撕掉預(yù)埋槽的內(nèi)部填充物，清理掉局部預(yù)埋槽鋼內(nèi)的混凝土滲漿。按照20 m（具體長(zhǎng)度可按照實(shí)際情況而定）將主體結(jié)構(gòu)分為若干段，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將每段兩端的托臂安裝到位后再在兩根托臂之間拉線，在各道預(yù)埋槽上標(biāo)出托臂底標(biāo)高線。最后安裝區(qū)間支架，以此類(lèi)推，直至管廊內(nèi)托臂支架安裝結(jié)束。

7 結(jié)語(yǔ)

綜合管廊工程是城市生命線工程，涉及維持城市生存功能系統(tǒng)和對(duì)國(guó)計(jì)民生有重大影響的工程，需要具備足夠的抗震能力、靈活反應(yīng)能力和快速恢復(fù)能力，根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）的1.0.3規(guī)劃先行適度超前的原則，綜合管廊工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)為100年，且考慮管廊的運(yùn)行安全和全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，建議采用技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的預(yù)埋槽鋼系統(tǒng)和裝配式成品支吊架。

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