基坑钢支撑缀板结构优化与实践

2020-12-31汪洋，张智

科技创新与生产力 2020年12期

汪洋，张智

（浙江交工集团股份有限公司地下工程分公司，浙江杭州310024）

钢支撑相对于混凝土支撑可以省去硬化时间，做到随挖随撑，快捷高效，在基坑围护中被广泛应用[1]。理论和工程实践表明，支撑刚度是影响基坑变形的关键因素之一[2-3]。刘树亚等[4]以深圳地铁某基坑工程为例，运用ABAQUS有限元软件分别对混凝土支撑和钢支撑进行了数值分析，分析了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变化规律。孙毅等[5]结合西安地铁五号线深基坑工程，对钢支撑施工从拼装、架设、预加轴力及拆除等步骤展开了具体的论述，并提出了具体的管控措施。

杭州至富阳城际铁路工程位于杭州市西湖区转塘街道，区间总长1 407.355 m，标准段结构总宽度约31.5 m，最大深度22.4 m。围护结构采用咬合排桩体系，支护结构采用“砼支撑+钢管支撑”的混合支撑体系，其中钢支撑共计591根，每根长30.7 m。由于钢围檩与钢支撑固定端（活络端）接触面受集中荷载，为了局部加强围檩刚度，需要在围檩面与支撑端头之间设置钢缀板，以确保轴力施加后围檩变形较小，轴损失可控。钢缀板现场焊接在钢围檩上虽然能够保证支撑轴线与缀板位置对应，但焊接工作量大，时间长，效率低，无固定操作平台，风险较大。另外，若预先把缀板焊接在围檩上，又难以保证预先焊接的缀板位置恰好与实际架设的钢支撑的中心线重合，导致钢支撑受力不均匀、轴力（因围檩受集中荷载的位置未被加强导致变形较大）损失严重，基坑围护存在极大的安全隐患。在钢支撑拆除后，往往因不同项目支撑间距不同，周转使用的围檩又不得不把钢缀板切割掉，重新按照新项目的支撑间距焊接缀板，必然会造成钢围檩的损坏，影响其周转使用的寿命，且施工效率较低。结合实际工程，开展钢缀板结构优化，优化后的钢缀板适用性强，并保证了施工安全，取得了良好的技术经济效果。

1 钢缀板架设时间统计

在本工程中随机抽取10根钢支撑，按照抽取顺序依次编号为ZC1～ZC10，统计整理出每根钢支撑架设总时间和各个工序的平均施工时间，见图1和第49页图2。

图1 单根钢支撑施工时间

由图1可见钢支撑平均施工时间为5.72 h，超过了钢支撑预计施工时间4 h，导致整体进度滞后。由图2可见钢缀板焊接在各工序中用时最长，要缩短钢支撑架设时间，首先需要缩短钢缀板的固定时间。通过对各工序施工时间的观察，得出应压缩钢缀板安装时间来达到预期施工时间。

图2 钢支撑各工序施工时间

2 钢缀板优化设计

为了加快施工进度，完成节点工期，亟须设计出一种可移动的、拆装方便、安全可靠、又不影响其加强围檩刚度的缀板。

1）钢缀板固定方案比选。根据以往钢支撑施工经验以及结合现场实际情况，提出挂板法、焊接法、螺栓法3种钢缀板固定方案。对3种方案的安全性、时效性、经济性（以单价计）和可靠性进行对比分析，见表1。由表1可见，挂板法施工方便简单，耗时短，加工费用低；焊接法施工作业量大，效率低，成本费高；螺栓法施工方便简单，耗时短，加工费用低，但对钢围檩损坏严重。综合考虑，钢缀板固定方式选取为挂板法。

2）钢缀板形状选择。为保证钢支撑施加轴力后的应力全部作用在挂板上，通过安全性、时效性、经济性和可靠性的分析来确定挂板的选型，见表2。根据钢支撑固定端截面积，提出正方形与圆形2种不同形状的挂板，见图3。

表1 钢缀板固定方案比选表

表2 挂板形状比选表（元）

图3 两种现状的加工示意图

由表2可见，方形挂板成本低，加工方便，原材利用率高；圆形挂板成本费稍高，但加工较复杂，耗材量大，故综合比较后选择方形挂板。

3）挂钩选型。挂板需要通过挂钩与钢围凛相连接，挂钩的选择直接影响施工效率与安全性。提出钢制与螺栓两种方案的挂钩，其安全性、经济性和可靠性比较见表3。由表3可见钢制挂钩和螺栓挂钩安全性都较高，但由于螺栓挂钩造价昂贵，故选择钢制挂钩。

表3 挂钩比选表（元）

4）底托选型。为使钢支撑两端标高保持一致，需要在挂板底部增加底托设置。提出钢板底托和钢制挂钩底托两种方案，其安全性、经济性和可靠性的比较见第50页表4。由表4可见，钢板底托加工成本费低，安全性高，施工方便，且有效防止了钢支撑滚动；钢制挂钩底托加工成本费低，但安全性低，施工可靠性较差，挂钩无法准确地卡住钢支撑，故选择钢制底托。