雙拼45#C工字鋼腰梁+鋼管支撐在深基坑工程中的應用

趙亞 張建祥

【摘要】涼山州大橋水庫引水工程接水點施工，周邊環(huán)境復雜、工期十分緊張，原設計的鋼筋混凝土腰梁和橫撐耗用工期長。通過方案比選后的雙拼工字鋼腰梁和鋼管支撐，滿足基坑支護要求且工期短。

【關鍵詞】雙拼; 工字鋼腰梁; 鋼管支撐; 基坑工程; 應用

【中國分類號】TU94+2【文獻標志碼】A

1 工程概況

涼山州大橋水庫引水工程是一項重大民生工程，工程任務為城鄉(xiāng)生活供水規(guī)劃供水人口約116萬人，多年平均供水量7 924×104 m3。工程取水口位于冕寧縣惠安鄉(xiāng)大橋水庫水力發(fā)電廠廠區(qū)內(nèi)，接水點布置在電站尾水渠右岸拐角上游3.0 m處，周邊環(huán)境條件復雜;其軸線與尾水池右岸邊墻夾角為46.27 °，接水點所在地形相對平坦開闊。接水點處開挖階段的矩形深基坑長23 m、寬5.6 m、深11.6 m。

2 設計方案

接水點基坑C30W6F50鋼筋混凝土灌注樁，樁徑1.5 m、間距2 m、樁長27 m、單排布置;在距離基坑頂0.6 m處加第一道橫撐，在距離基坑頂部3.6 m處加第二道橫撐，在距離基坑頂部6.6 m處加第三道橫撐，每道橫撐水平間距不大于6 m;接水點前段無橫撐處，施工單位應考慮在尾水渠擋墻與灌注樁之間增加支撐;當基坑開挖至支撐設計標高以下0.5 m時安裝施做混凝土腰梁及內(nèi)支撐。腰梁及橫撐混凝土采用C25，施工活荷載不大于1 kN/m。

接水點基坑開挖順序為：高壓旋噴樁（防滲）→鉆孔灌注樁→冠梁→土方開挖→腰梁1→內(nèi)支撐1→土方開挖→腰梁2→內(nèi)支撐2→土方開挖→腰梁3→內(nèi)支撐3→土方開挖→接水點混凝土澆筑至支撐下0.5 m處拆撐。

3 設計變更

3.1 存在問題

涼山州大橋水庫引水工程接水點施工范圍在正常運行的大橋水庫水力發(fā)電廠區(qū)內(nèi)，接水點開挖基坑左側(cè)緊臨電站尾水渠的靠河側(cè)擋墻，開挖基坑右側(cè)緊臨電站的辦公樓及主變室，周圍環(huán)境復雜;施工期對周邊建（構(gòu)）筑物的保護十分重要。同時，接水點項目的施工時段僅能在電站機組全面檢修期（每年6～9月）進行，工期十分緊張。

按設計方案施工接水點基坑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腰梁和橫撐，采用就地現(xiàn)澆法組織施工最節(jié)省直線工期，但該工藝需在基坑開挖區(qū)內(nèi)分層就地制作鋼筋混凝土腰梁和橫撐，不利于基坑挖掘設備的場內(nèi)位移且下挖需要等待腰梁混凝土強度達標。鋼筋混凝土腰梁和橫撐，雖然其具有剛度大、變形小的優(yōu)點，但該結(jié)構(gòu)有配筋和支撐截面大、自重大、不易于材料回收等弊端。

3.2 變更過程

所謂腰梁是設置在擋土構(gòu)件側(cè)面的連接錨桿或內(nèi)支撐桿件的鋼筋混凝土梁或鋼梁。在錨拉式支擋結(jié)構(gòu)體系中腰梁是重要的組成構(gòu)件。腰梁按照受彎構(gòu)件進行設計根據(jù)實際約束條件按照連續(xù)梁或者簡支梁計算荷載取結(jié)構(gòu)分析時的支點力設計值[1]。

目前腰梁常用的結(jié)構(gòu)形式鋼筋混凝土梁和型鋼組合梁，這兩種形式適用于不同使用條件各有利弊。鋼筋混凝土腰梁優(yōu)點在于截面穩(wěn)定性好、抗彎剛度大、施工質(zhì)量容易保證、可以有效約束樁間土支護。缺點體現(xiàn)在施工養(yǎng)護時間長、一次性使用、自重大、截面尺寸大。主要適用于錨拉力較大、基坑使用時間長的情況下。型鋼組合腰梁的優(yōu)點在于施工速度快、可多次循環(huán)使用、自重輕、 截面尺寸小、組合靈活。缺點體現(xiàn)在錨桿和支護樁集中荷載處易發(fā)生局部失穩(wěn)或受扭失穩(wěn)破壞、抗彎剛度小、現(xiàn)場施工時人為因素影響較大、無法約束樁間噴護結(jié)構(gòu)。主要適用于錨拉力較小、基坑使用時間短的情況[2]。

涼山州大橋水庫引水工程接水點的施工時段，受大橋水庫水力發(fā)電廠的直接制約，僅能在發(fā)電廠汛期6～9月的停機檢修時段內(nèi)施工，工期十分緊張。參建各方積極商討，通過方案比選并經(jīng)設計驗算后決定：將混凝土腰梁調(diào)整為雙拼45#C工字鋼腰梁;混凝土橫撐調(diào)整為609×16 mm鋼管支撐。

3.3 鋼腰梁和鋼管橫撐的優(yōu)點

接水點基坑調(diào)整后的雙拼45#C工字鋼腰梁+鋼管橫撐結(jié)構(gòu)，具有：自重輕、利于施工、可拆除回收二次利用等優(yōu)點。當基坑下部土壓力較大，原基坑的內(nèi)支撐不能滿足坑壁變形時，可快速的采取在鋼管橫撐基礎上增設腹桿形成桁架式支撐，以適應不同的荷載。

4 雙拼45#C工字鋼腰梁方案

4.1 工字鋼腰梁的施工

雙拼45#C工字鋼腰梁可采用三角架或錨拉方式固定在坑壁上。

采用三角架的方式固定時：兩根45#C工字鋼和三角架支撐提前在加工廠內(nèi)焊接。運輸至施工現(xiàn)場后，每個三角架采用四根膨脹螺栓與圍護體連接牢固，布設間距0.75 m。雙拼工字鋼穩(wěn)固置于三角架后，及時通過預埋在灌注樁內(nèi)的鋼筋接駁器，設置插筋將工字鋼與樁體連成一體。為使支撐系統(tǒng)整體受力均勻，鋼腰梁與圍護體之間應鑿平，并噴混凝土填充腰梁與圍護體之間裂隙[3]。

采用錨拉的方式固定時：基坑開挖至設計腰梁高程底部時，在每根灌注樁的樁身左、右側(cè)各設置一根斜下向打入的直徑32 mm錨桿，達到強度后安裝雙拼45#C工字鋼并采用錨桿的外露端頭焊接固定。

工字鋼腰梁拆除時，分段切割后汽車吊吊離作業(yè)面。

4.2 鋼管支撐的施工

4.2.1 鋼支撐制作

鋼管支撐由活動、固定端頭和中間節(jié)組成，各節(jié)間采用螺栓連接。支撐事先在加工廠內(nèi)分節(jié)制作，每節(jié)標準長度為2.5 m，同時設一定數(shù)量活動段。鋼管材料為Q235鋼，鋼管縱向?qū)雍缚p為II級，端頭牛腿部分角焊縫為II級，其余均為II級。鋼支撐構(gòu)件加工完畢后，先除銹后涂兩道紅丹，一道藍色面漆。管節(jié)間采用法蘭盤螺栓連接，焊接管端頭與法蘭盤焊接處，法蘭端面與軸線垂直偏差控制在1.5 mm以內(nèi)，法蘭盤加工必須符合相關規(guī)范要求。

4.2.2 鋼支撐安裝

鋼支撐在基坑附近提前拼裝，當開挖到相應鋼支撐設計中心標高以下0.5 m處時，及時安設鋼圍檁與鋼支撐。支撐安裝前根據(jù)有關計算，將標準管節(jié)先在地面進行預拼接并以檢查支撐的平整度，其兩端中心連線的偏差度控制在0.2 m以內(nèi)，經(jīng)檢查合格的支撐按部位進行編號以免錯用，支撐采用龍門吊整體一次性吊裝到位，人工配合安裝。

安裝時，必須保證鋼圍檁、固定和活動端頭、千斤頂各軸線在同一平面上，橫向法蘭螺栓采用對角和等分順序扳緊，保證其他垂直吊裝不準沖擊鋼支撐。由于支撐較長，起吊時采用二點起吊，并系上防晃繩，做到安全、平穩(wěn)、精確吊裝。鋼支撐吊裝到位，不要松開吊鉤，將兩端活絡頭子拉出放在牛腿或鋼圍檁上，再將2臺100 t液壓千斤頂放入活絡頭子頂壓位置，同步施加預應力，達到設計應力值后，塞緊鋼楔塊，取下千斤頂，保證鋼管支撐兩端與圍護結(jié)構(gòu)接觸處密切結(jié)合，最后解開起吊鋼絲繩，完成支撐的安裝。支撐施加預應力時應考慮到操作時的應力損失，故施加預應力值應比設計軸力增加10 %，并對預應力值做好記錄備查。

4.2.3 預應力施加工藝

預應力施加前，必須對油泵及千斤頂進行標定，使用中按規(guī)定校驗，使其運行正常，確保量測的預應力值準確，每根支撐施加的預應力都要記錄備查。預應力施加必須嚴格按照設計要求施加預應力，達到設計要求12 h后觀察鋼支撐應力損失。

4.2.4 支撐拆除

鋼支撐的拆除流程為：吊車就位、鋼絲繩扣扎支撐→活動節(jié)內(nèi)安放千斤頂施加頂力→撤除鋼楔→解除頂力，同時卸下千斤頂→支撐桿體下放（拆除高強連接螺栓）→鋼支撐吊出→鋼圍檁分段吊出。

支撐體系拆除施工應注意以下兩點：

（1）鋼支撐拆除時，在活動端設千斤頂，施加軸力至鋼楔塊松動，取出鋼楔塊，逐級卸載至取完鋼楔，再吊下支撐。避免預加應力瞬間釋放而導致結(jié)構(gòu)局部變形、開裂。

（2）進行拆除時，主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻（梁）和底板混凝土強度需達到設計強度的70 %。

4.2.5 鋼支撐安裝質(zhì)量標準

鋼支撐安裝應確保支撐端頭和圈梁的均勻接觸，空隙大的采用細石混凝土灌縫密實，防止鋼支撐移動[4]。支撐的安裝應符合表1所示規(guī)定[5]。

4.3 灌注樁間原狀土坑壁的支護施工

接水點基坑C30W6F50鋼筋混凝土灌注樁，樁徑1.5 m、間距2 m。接水點基坑采用分層開挖的方法組織施工，每層基坑開挖驗收后的灌注樁樁間原狀土坑壁采用先素噴2～4 cm厚C25混凝土、再打設22 mm螺紋鋼插筋并掛8 mm@150×150 mm鋼筋網(wǎng)、復噴3～7 cm厚C25混凝土的支護型式防護，保持開挖面的穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

涼山州大橋水庫引水工程接水點深基坑雙拼工字鋼腰梁和鋼管支撐的成功應用，表明工字鋼作深基坑支護是可行、節(jié)省工期的工藝。工程施工中的合理選擇機械、有效質(zhì)量控制、施工期的基坑監(jiān)測也是十分關鍵的問題。

參考文獻

[1] JGJ120-2012 建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

[2] 孫康，許傳遒，高慎偉.鋼筋混凝土腰梁在基坑支護工程中的應用[J].福建建材，2019，5（181）：47-48.

[3] GB50202-2018 建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[4] 劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社2009.

[5] GB50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].