双拼45#C工字钢腰梁+钢管支撑在深基坑工程中的应用

赵亚 张建祥

【摘要】凉山州大桥水库引水工程接水点施工，周边环境复杂、工期十分紧张，原设计的钢筋混凝土腰梁和横撑耗用工期长。通过方案比选后的双拼工字钢腰梁和钢管支撑，满足基坑支护要求且工期短。

【关键词】双拼; 工字钢腰梁; 钢管支撑; 基坑工程; 应用

【中国分类号】TU94+2【文献标志码】A

1 工程概况

凉山州大桥水库引水工程是一项重大民生工程，工程任务为城乡生活供水规划供水人口约116万人，多年平均供水量7 924×104 m3。工程取水口位于冕宁县惠安乡大桥水库水力发电厂厂区内，接水点布置在电站尾水渠右岸拐角上游3.0 m处，周边环境条件复杂;其轴线与尾水池右岸边墙夹角为46.27 °，接水点所在地形相对平坦开阔。接水点处开挖阶段的矩形深基坑长23 m、宽5.6 m、深11.6 m。

2 设计方案

接水点基坑C30W6F50钢筋混凝土灌注桩，桩径1.5 m、间距2 m、桩长27 m、单排布置;在距离基坑顶0.6 m处加第一道横撑，在距离基坑顶部3.6 m处加第二道横撑，在距离基坑顶部6.6 m处加第三道横撑，每道横撑水平间距不大于6 m;接水点前段无横撑处，施工单位应考虑在尾水渠挡墙与灌注桩之间增加支撑;当基坑开挖至支撑设计标高以下0.5 m时安装施做混凝土腰梁及内支撑。腰梁及横撑混凝土采用C25，施工活荷载不大于1 kN/m。

接水点基坑开挖顺序为：高压旋喷桩（防渗）→钻孔灌注桩→冠梁→土方开挖→腰梁1→内支撑1→土方开挖→腰梁2→内支撑2→土方开挖→腰梁3→内支撑3→土方开挖→接水点混凝土浇筑至支撑下0.5 m处拆撑。

3 设计变更

3.1 存在问题

凉山州大桥水库引水工程接水点施工范围在正常运行的大桥水库水力发电厂区内，接水点开挖基坑左侧紧临电站尾水渠的靠河侧挡墙，开挖基坑右侧紧临电站的办公楼及主变室，周围环境复杂;施工期对周边建（构）筑物的保护十分重要。同时，接水点项目的施工时段仅能在电站机组全面检修期（每年6～9月）進行，工期十分紧张。

按设计方案施工接水点基坑的钢筋混凝土结构腰梁和横撑，采用就地现浇法组织施工最节省直线工期，但该工艺需在基坑开挖区内分层就地制作钢筋混凝土腰梁和横撑，不利于基坑挖掘设备的场内位移且下挖需要等待腰梁混凝土强度达标。钢筋混凝土腰梁和横撑，虽然其具有刚度大、变形小的优点，但该结构有配筋和支撑截面大、自重大、不易于材料回收等弊端。

3.2 变更过程

所谓腰梁是设置在挡土构件侧面的连接锚杆或内支撑杆件的钢筋混凝土梁或钢梁。在锚拉式支挡结构体系中腰梁是重要的组成构件。腰梁按照受弯构件进行设计根据实际约束条件按照连续梁或者简支梁计算荷载取结构分析时的支点力设计值[1]。

目前腰梁常用的结构形式钢筋混凝土梁和型钢组合梁，这两种形式适用于不同使用条件各有利弊。钢筋混凝土腰梁优点在于截面稳定性好、抗弯刚度大、施工质量容易保证、可以有效约束桩间土支护。缺点体现在施工养护时间长、一次性使用、自重大、截面尺寸大。主要适用于锚拉力较大、基坑使用时间长的情况下。型钢组合腰梁的优点在于施工速度快、可多次循环使用、自重轻、 截面尺寸小、组合灵活。缺点体现在锚杆和支护桩集中荷载处易发生局部失稳或受扭失稳破坏、抗弯刚度小、现场施工时人为因素影响较大、无法约束桩间喷护结构。主要适用于锚拉力较小、基坑使用时间短的情况[2]。

凉山州大桥水库引水工程接水点的施工时段，受大桥水库水力发电厂的直接制约，仅能在发电厂汛期6～9月的停机检修时段内施工，工期十分紧张。参建各方积极商讨，通过方案比选并经设计验算后决定：将混凝土腰梁调整为双拼45#C工字钢腰梁;混凝土横撑调整为609×16 mm钢管支撑。

3.3 钢腰梁和钢管横撑的优点

接水点基坑调整后的双拼45#C工字钢腰梁+钢管横撑结构，具有：自重轻、利于施工、可拆除回收二次利用等优点。当基坑下部土压力较大，原基坑的内支撑不能满足坑壁变形时，可快速的采取在钢管横撑基础上增设腹杆形成桁架式支撑，以适应不同的荷载。

4 双拼45#C工字钢腰梁方案

4.1 工字钢腰梁的施工

双拼45#C工字钢腰梁可采用三角架或锚拉方式固定在坑壁上。

采用三角架的方式固定时：两根45#C工字钢和三角架支撑提前在加工厂内焊接。运输至施工现场后，每个三角架采用四根膨胀螺栓与围护体连接牢固，布设间距0.75 m。双拼工字钢稳固置于三角架后，及时通过预埋在灌注桩内的钢筋接驳器，设置插筋将工字钢与桩体连成一体。为使支撑系统整体受力均匀，钢腰梁与围护体之间应凿平，并喷混凝土填充腰梁与围护体之间裂隙[3]。

采用锚拉的方式固定时：基坑开挖至设计腰梁高程底部时，在每根灌注桩的桩身左、右侧各设置一根斜下向打入的直径32 mm锚杆，达到强度后安装双拼45#C工字钢并采用锚杆的外露端头焊接固定。

工字钢腰梁拆除时，分段切割后汽车吊吊离作业面。

4.2 钢管支撑的施工

4.2.1 钢支撑制作

钢管支撑由活动、固定端头和中间节组成，各节间采用螺栓连接。支撑事先在加工厂内分节制作，每节标准长度为2.5 m，同时设一定数量活动段。钢管材料为Q235钢，钢管纵向对接焊缝为II级，端头牛腿部分角焊缝为II级，其余均为II级。钢支撑构件加工完毕后，先除锈后涂两道红丹，一道蓝色面漆。管节间采用法兰盘螺栓连接，焊接管端头与法兰盘焊接处，法兰端面与轴线垂直偏差控制在1.5 mm以内，法兰盘加工必须符合相关规范要求。

4.2.2 钢支撑安装

钢支撑在基坑附近提前拼装，当开挖到相应钢支撑设计中心标高以下0.5 m处时，及时安设钢围檩与钢支撑。支撑安装前根据有关计算，将标准管节先在地面进行预拼接并以检查支撑的平整度，其两端中心连线的偏差度控制在0.2 m以内，经检查合格的支撑按部位进行编号以免错用，支撑采用龙门吊整体一次性吊装到位，人工配合安装。

安装时，必须保证钢围檩、固定和活动端头、千斤顶各轴线在同一平面上，横向法兰螺栓采用对角和等分順序扳紧，保证其他垂直吊装不准冲击钢支撑。由于支撑较长，起吊时采用二点起吊，并系上防晃绳，做到安全、平稳、精确吊装。钢支撑吊装到位，不要松开吊钩，将两端活络头子拉出放在牛腿或钢围檩上，再将2台100 t液压千斤顶放入活络头子顶压位置，同步施加预应力，达到设计应力值后，塞紧钢楔块，取下千斤顶，保证钢管支撑两端与围护结构接触处密切结合，最后解开起吊钢丝绳，完成支撑的安装。支撑施加预应力时应考虑到操作时的应力损失，故施加预应力值应比设计轴力增加10 %，并对预应力值做好记录备查。

4.2.3 预应力施加工艺

预应力施加前，必须对油泵及千斤顶进行标定，使用中按规定校验，使其运行正常，确保量测的预应力值准确，每根支撑施加的预应力都要记录备查。预应力施加必须严格按照设计要求施加预应力，达到设计要求12 h后观察钢支撑应力损失。

4.2.4 支撑拆除

钢支撑的拆除流程为：吊车就位、钢丝绳扣扎支撑→活动节内安放千斤顶施加顶力→撤除钢楔→解除顶力，同时卸下千斤顶→支撑杆体下放（拆除高强连接螺栓）→钢支撑吊出→钢围檁分段吊出。

支撑体系拆除施工应注意以下两点：

（1）钢支撑拆除时，在活动端设千斤顶，施加轴力至钢楔块松动，取出钢楔块，逐级卸载至取完钢楔，再吊下支撑。避免预加应力瞬间释放而导致结构局部变形、开裂。

（2）进行拆除时，主体结构的侧墙（梁）和底板混凝土强度需达到设计强度的70 %。

4.2.5 钢支撑安装质量标准

钢支撑安装应确保支撑端头和圈梁的均匀接触，空隙大的采用细石混凝土灌缝密实，防止钢支撑移动[4]。支撑的安装应符合表1所示规定[5]。

4.3 灌注桩间原状土坑壁的支护施工

接水点基坑C30W6F50钢筋混凝土灌注桩，桩径1.5 m、间距2 m。接水点基坑采用分层开挖的方法组织施工，每层基坑开挖验收后的灌注桩桩间原状土坑壁采用先素喷2～4 cm厚C25混凝土、再打设22 mm螺纹钢插筋并挂8 mm@150×150 mm钢筋网、复喷3～7 cm厚C25混凝土的支护型式防护，保持开挖面的稳定。

5 结束语

凉山州大桥水库引水工程接水点深基坑双拼工字钢腰梁和钢管支撑的成功应用，表明工字钢作深基坑支护是可行、节省工期的工艺。工程施工中的合理选择机械、有效质量控制、施工期的基坑监测也是十分关键的问题。

参考文献

[1] JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].

[2] 孙康，许传遒，高慎伟.钢筋混凝土腰梁在基坑支护工程中的应用[J].福建建材，2019，5（181）：47-48.

[3] GB50202-2018 建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[4] 刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社2009.

[5] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].