绿色可周转深基坑钢坡道应用技术

2020-06-16万学林杜鹏飞吴泉君章伯阳

建筑施工 2020年2期

万学林宋志杜鹏飞吴泉君章伯阳

中建三局集团有限公司工程总承包公司湖北武汉 430064

贝雷桥由英国人Bailey在1938年提出原始理念。因为贝雷桥具有单元构件种类少，便于制造、运输、安装和拆卸等优点，被广泛应用于世界各国的救灾抢修和工程建设中[1]。目前钢坡道主要应用于快速搭建桥梁工程[2]，在深基坑之中作为取土坡道虽然有相关资料，但大部分资料主要是对整体稳定性能的计算与描述[3-6]，未对具体的工艺进行详解。

钢结构工程本身的焊接量决定了采取此种结构类型的施工坡道单次造价将远远高于其他类型的坡道（混凝土坡道、土坡道），也正是因为如此，虽然钢坡道在适用条件（土层、水位）和使用条件（承载力）方面都表现出非常优秀的性能，但并未能在基坑工程中得到广泛运用。本文以海口华润中心二期东悦府项目为载体，由于其特殊的地层情况及工期要求，需采用钢坡道形式。为减少钢栈桥单次投入造价，响应国家绿色建造施工理念，最大限度利用资源，本项目在一般钢坡道节点基础上进行了深化改造，并对深化后的结构进行了整体稳定性计算分析，整体钢坡道具备的可拆卸程度高、可多次周转的优势，达到了减少单个工程单次施工成本的效果。

本项目通过绿色可周转钢坡道的成功实施，缩短了深基坑建造工期，节约了资源消耗，降低了施工成本，为后续类似深基坑工程提供了绿色、快速、经济的取土坡道建造方式。

1 工程概况

海口华润中心二期项目位于海南省海口市滨海路南，玉沙路西，金贸东路和明玉路之间，处于海口市市中心，北侧毗邻朗庭、宝华等高端酒店，南侧为京华城商圈。

本工程基坑深度为11.4～13.3 m，采用咬合支护桩＋2道钢筋混凝土内支撑作为基坑支护形式。项目邻近海边，在地下6 m处存在层厚为2～9 m的淤泥质粉质黏土层，极大地限制了坡道选择方式，且项目工期要求高。对于复杂的地质条件，土方开挖效率的高低无疑成为能否按工期要求完成的决定性因素，通过综合对比分析后，决定采用绿色可周转深基坑钢坡道代替传统土坡道及混凝土坡道。

图1 钢坡道支撑体系精细化标高校定装置

2 钢坡道设计

坡度部分钢坡道长39 m，按3 m＋9 m＋6 m＋9 m＋9 m＋3 m跨径布置。栈桥采用321型装配式公路钢桥，设计行车道宽度8 m，栈桥坡面坡度为1∶7。

下部结构采用φ800 mm×16 mm的钢管桩，钢管桩埋入φ1200 mm混凝土桩基础中，纵向间距按跨径布置，横向间距按6.50 m布置。钢管桩上布置双拼HN700 mm× 300 mm×13 mm×24 mm型钢作为枕头梁，枕头梁上按2.00 m＋2.50 m＋2.00 m中心间距在坡道断面方向布置4组321型贝雷梁作为主梁，每组贝雷梁由3榀贝雷用90 cm门字架连接而成。顺坡道向按0.75 m间距布置25a#工字钢分配梁，再在分配梁上按0.30 m间距横桥向布置12.6#工字钢次分配梁，坡道面板采用焊有φ12 mm钢筋防滑条的厚10 mm花纹钢面板。

3 绿色理念植入

钢坡道作为下基坑取土坡道，具备建造及拆除周期短、不受土质及天气影响、不受基坑深度影响等优势，但其较高的单次投入注定在现阶段无法大面积推广应用。为解决这个问题，决定尝试通过调整连接节点，使各个构件在完成单次施工任务后实现低损耗高周转，以达到在多次周转后整体成本大幅降低的目的，从而将绿色可周转钢坡道技术进行推广。

主要考虑对以下部分进行优化：

1）钢坡道支撑体系精细化标高校定装置。绿色可周转下基坑钢坡道作为一种新型下基坑坡道形式，主材采用钢结构，施工过程中对精度要求较高，且坡道钢管桩与坡道上部结构连接过程中受到的影响因素也较多。若因土质原因，沉降误差过大，则会导致钢管立柱无法与上部结构进行连接，为避免此种情况，需将钢管长度加长，但钢管过长则需要进行二次切割，故工艺选择上基本都需要进行二次处理，且创面会影响后续焊接质量而增加成本。为此，设计了钢坡道支撑体系精细化标高校定装置（图1）。通过采用精细化标高校定装置，即在立柱钢管施工完成后在立柱钢管3个方向开3个小孔，然后将小钢管焊在3个小孔上作为出砂口，孔口标高须低于调高钢管最终底标高，通过在立柱钢管中注满填充砂，排出或加入内部填充砂以调节钢管高度，达到精细化控制标高的目的。将调高钢管插入立柱钢管中，根据图纸微调最终标高，若过高则从小钢管排出部分填充砂，若过低则加入部分填充砂，以此达到精细化标高调整的目的。

2）特制梳子板取代焊接做法。为保证双拼工字钢与贝雷梁的有效连接，创造性地加工特制抗贝雷梁侧向滑移梳子板，使斜坡部分贝雷梁更好地与双拼工字钢进行连接（图2、图3）。

图2 梳子板三维放样

图3 梳子板实用效果

3）将连接、加固构件运输至现场后根据实际情况开洞，并采用锚栓连接方式替代焊接，以达到无损安拆的效果（图4、图5）。

图4 耳板与斜杆螺栓连接

图5 工字钢开孔与贝雷梁螺栓连接

通过锚栓连接的方式，减少钢坡道使用的槽钢、工字钢等构件的焊接损伤，提高周转率。

4 钢坡道模型构建

按出土坡道的跨径布置整体建模，利用Midas Civil计算程序进行验算。Midas Civil程序能够通过调整重力系数对支架本身自重进行加载，除自重外，还需按设计值加载，然后通过整体静载试验分析其稳定性。

根据规范要求，自重作用分项系数取1.20，其他荷载作用分项系数取1.40。栈桥及平台为使用年限5年以下的临时结构，设计安全等级为三级，结构重要性系数为0.90，则修正后的荷载作用分项系数分别为1.08和1.26，上述组合按1.10和1.25取荷载作用分项系数。

钢坡道计算分2个最不利工况进行计算组合，如表1 所示。

表1 钢坡道工况计算

Midas Civil程序能够通过调整重力系数对支架本身自重进行加载，本例中除自重外，栈桥验算为以上2种工况，需加载自卸汽车荷载（考虑刹车力），取其最不利位置加载计算。

图6、图7为2种工况下立面荷载加载图。

图6 双自卸汽车跨中荷载立面布置

图7 双自卸汽车支点荷载立面布置

5 钢坡道建模计算

钢坡道建模主要考虑以下几个部分：计算应力、800 mm×16 mm钢管桩应力、双拼HN700 mm×300 mm枕头梁应力、贝雷梁应力、工字钢分配梁应力、工字钢次分配梁应力、计算位移。通过计算得到各个工况的最不利数值，综合得到最不利计算结果汇总（表2），图8～图12为最不利工况下构件应力、位移分析。

表2 最不利工况汇总

6 结语

通过一系列的深化调整，所采用的绿色可周转深基坑钢坡道整体稳定性满足实际需求。所述绿色可周转钢坡道在保证安全稳定的前提下，实现了绿色建造，节约了资源，提高了材料周转利用率，减少了单次投入，使适用性较强的钢坡道能够真正应用于基坑工程之中。本文考虑的可周转性均为钢管以上部分，钢管立柱上部钢管切割后回收利用价值明显低于定尺钢管，但鉴于目前已有的钢管立柱施工方法此处无法避免，若能通过其他方法将该部分钢管回收则能进一步提高周转率。通过钢坡道取土，压缩了整体施工工期，加快了城市建设步伐，为后续钢坡道在深基坑工程领域中的广泛使用提供了参考及实践资料。