钢支撑与混凝土支撑施工分析

□文/逯登军 杨大利

钢支撑与混凝土支撑施工分析

□文/逯登军 杨大利

以往翻车机房廊道基坑施工过程中，支撑方式多采用钢筋混凝土支撑，在高效节能的大环境下，此传统工艺可以进行改变。文章以实际工程为例，对钢支撑替代钢筋混凝土支撑施工进行对比阐述。

廊道基坑；钢支撑；钢筋混凝土

黄骅港（煤炭港区）四期地下廊道是煤炭经翻车机翻入地下，在转运至地上的重要通道。由于是地下深基坑结构，作为基坑施工的安全保证，其支护显得尤为重要。在以往施工中，均采用现浇钢筋混凝土支撑方式，但此方式施工周期长且不能够重复使用，结合地铁钢支撑施工的经验，钢支撑替代混凝土支撑，在四期地下廊道施工中，得到了应用。

1　工程概况

黄骅港四期翻车机房地下廊道工程施工主体廊道分为9段，总施工长度为134 m，开挖原土高程5.8 m，基底标高-12.335～1.289 m，基坑开挖深度18.1～4.6 m，由南向北的深度逐渐降低。廊道基坑两侧开挖前打设地下连续墙，墙顶标高5 m，墙底标高-26 m。为保证基坑内干施工，开挖前打设降水井6口，减压井2口。

采用钢筋混凝土支撑，需要支撑4道，支撑梁下设钢格构柱承载竖向自重，每一根钢格构柱都有灌注桩基础，总计13根。支撑总计混凝土2349m3，钢筋327t。

采用钢支撑，需要5道，总计107根，水平支撑下设钢立柱承载竖向自重，每根钢立柱下打设混凝土灌注桩，总计11根。钢支撑总计732t。

经设计计算确认，最终采用钢支撑施工方式。

2　施工工艺

2.1钢筋混凝土支撑(传统施工方法)

2.1.1施工总体安排

开挖采用分层顺序开挖法施工，每完成一层为一个周期，施工内容包括挖土与混凝土支撑钢筋、模板、混凝土施工。

2.1.2土方开挖的工艺流程

施工准备→第一层土方开挖→第一道支撑施工→第二层基坑土方开挖→第二道支撑施工→第三层土方开挖→第三道支撑施工→第四层土方开挖→第四道支撑施工→第五层土方开挖至设计基底。

每层支撑混凝土达到设计强度的90%以上，才能进行下一层土方的开挖。

廊道土方开挖以机械挖土为主，辅助人工配合整平并修整边坡。开挖按照设计图纸分为五层进行施工，见图1。

图1　混凝土支撑开挖断面

2.1.3钢筋混凝土支撑结构施工

1）支护结构工艺流程。施工测量→土方开挖至支撑底标高→垫层模板支设→垫层混凝土浇筑→铺设油毡→支撑钢筋绑扎→支撑模板支设→支撑混凝土浇筑→支撑模板拆除→混凝土养护→下一层土方开挖施工。

2）主要施工技术要求。施工测量人员在土方开挖过程中，严格控制开挖的标高以及整个支撑体系的位移情况。钢筋在加工场集中下料制作，现场绑扎成型，主筋采用闪光对焊，局部采用套筒连接。廊道水平支撑施工模板均采用组合钢模板，局部木模板找补，导梁、腰梁底模直接利用开挖土面，底膜采用50mm厚砂浆垫层铺设一层油毛毡制作，待导梁、支撑梁、腰梁浇筑完成，强度达到设计要求，开始下层土体开挖后，将砂浆垫层凿除，见图2。

图2　支撑底模

混凝土采用集中搅拌，罐车运输并直接泵送入模。混凝土施工时必须将地下连续墙表面低于设计强度等级的混凝土凿除干净，深度≮5 cm。混凝土浇筑必须从一端到另一端采用斜面分层法进行浇筑，分层厚度≯50 cm，混凝土浇筑应连续进行。

2.2钢支撑（新的施工方法）

2.2.1结构稳定性验算

式中：Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定，对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值，Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。安全系数最小的工况Ks=2.851≥1.200，满足规范要求。

2）抗隆起验算。变更后的钢支撑在受力稳定性方面，满足施工安全要求。

2.2.2施工总体安排

开挖采取分层分段开挖的方式，随挖随进行钢支撑支设，根据钢支撑底标高，严格控制开挖深度，严禁超挖。为保证开挖过程中钢支撑及时支设，在开挖前，进行钢支撑预拼装，开挖过程中，焊接好牛腿后，直接进行钢支撑吊装、加载预应力。

2.2.3施工工艺流程

土方开挖顺序同混凝土支撑开挖顺序相同，从钢支撑间隙中直接取土时，每层分段开挖，先中间后两边，每层每段放坡比例1∶1.5，见图3和图4。

图3　廊道基坑开挖横断面

图4　廊道基坑开挖及钢支撑平面示意

1）钢支撑施工。基坑开挖过程中，及时安装钢支撑，对维护基坑稳定，防止地下连续墙位移变形有着极其重要的意义。支撑体系的建立必须在土方挖除后12h内完成，因此必须严格在土方施工前储备足够的支撑材料。

2）钢支撑施工流程。计算钢支撑长度→支撑定位放线→支撑拼装→支撑部位的围护墙表面凿平→支撑点安装固定件→焊接支点→安装支撑前检查→吊装→支撑就位→施加预应力→端头填充→定期检查→拆除。

3）钢支撑拼装。钢支撑采用φ609mm钢管，支撑壁厚均为16mm,钢管材质为Q235B。钢支撑一端固定，一端接活络头，施加预应力后用楔形铁块将活络头打紧，支撑牢固。

钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，钢支撑的架设必须准确到位并严格按设计图的要求施加预应力。尤其要注意斜支撑的制作、安装必须保证其满足稳定、强度、变形的要求。

4）钢支撑安装。采用100t吊车进行吊装。支撑安装前先在地下连续墙上支撑设计位置进行找平，确保支撑端头与地下连续墙均匀接触，再将钢支撑整体吊装到位，然后用组合千斤顶施加预加轴力，达到设计值后，将钢楔子插入活络端，卡牢并将钢楔子与钢管点焊，防止脱落。

水平支撑架设时，挖土至钢支撑底部以下30 cm，先用挖掘机将钢管撑下部地面清理平整，纵向均匀铺设间距30 cm的枕木，在两端地下连续墙上焊接钢支撑托架，作为钢支撑组装对接、安装调平的底座。用吊车将钢支撑放在枕木上，根据地下连续墙上注明的钢支撑中心轴线位置、标高，人工配合使其就位，施加预应力，焊牢钢楔。

5）钢支撑预应力施加。采用分离式液压千斤顶对支撑钢管施加预应力，每个千斤顶规格为200 t，2个一组，现场准备2组。千斤顶施工前，应有专业部门的鉴定报告，根据鉴定报告标定方程式，计算施加预应力时的压力值。制作固定千斤顶的吊架，固定千斤顶吊架架立在调节头上，采用吊车配合进行支撑钢管的吊装施工。在支撑钢管活络头上设2台千斤顶，千斤顶两端均顶在长度调节端头上，然后对钢支撑施加预应力，预应力的操作顺序为校核计量器具→安装千斤顶与油泵→校正顶作用点是否与支撑同心→施加应力→稳压→超加5%应力→丈量尺寸→穿支撑斜铁钢楔→回顶。

第一、二道支撑施加预应力为500 kN，第三道支撑施加预应力为1 000 kN，第四、五道支撑施加预应力为2 000 kN。墙体水平位移速率超过警戒值时，可适量增加支撑轴力以控制变形，但复加后的支撑轴力和挡墙弯矩必须满足设计安全度要求。考虑到地下连续墙的同轴作用，因此同一地下连续墙的两道钢支撑宜同时施加应力，既每挖出一片地下连续墙位置的土方立即施加预应力再进行后续的土方开挖，防止地下连续墙发生扭转。

3　施工工期

不考虑天气影响，机械维修等因素，正常开挖情况下，各支撑施工天数见表1。

表1　支撑施工天数统计d

混凝土支撑施工工期要比钢支撑长37d。

4　人、机、料投入

在开挖机械投入同等的情况下，各支撑投入见表2。

表2　支撑施工人机料投入

混凝土支撑所需人机料比钢支撑所需人机料要复杂，多样。

5　结语

在合理安排施工顺序的前提下，钢支撑比混凝土支撑要施工方便，快捷且节约成本。但在施工过程中，由于钢支撑采用预应力支撑，钢管容易受温度、地下连续墙等外界环境影响而发生变形，进而导致支撑脱落，造成重大安全事故，而混凝土支撑则基本不存在这类问题，因此钢支撑的危险性比混凝土支撑要高很多。在安全生产的大环境下，钢支撑施工必须做好充分前期准备及严格的过程控制，方可安全、快捷、节约的完成施工任务。

［1］GB50204—2002，混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［2］GB50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范［S］.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.007

□杨大利/中交一航局第四工程有限公司。

□TU753

□C

□1008-3197（2015）01-19-03

□2014-04-02

□逯登军/男，1980年出，工程师，中交一航局第四工程有限公司，从事工程技术管理工作。