綠色可周轉深基坑鋼坡道應用技術

萬學林 宋 志 杜鵬飛 吳泉君 章伯陽

中建三局集團有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

貝雷橋由英國人Bailey在1938年提出原始理念。因為貝雷橋具有單元構件種類少，便于制造、運輸、安裝和拆卸等優(yōu)點，被廣泛應用于世界各國的救災搶修和工程建設中[1]。目前鋼坡道主要應用于快速搭建橋梁工程[2]，在深基坑之中作為取土坡道雖然有相關資料，但大部分資料主要是對整體穩(wěn)定性能的計算與描述[3-6]，未對具體的工藝進行詳解。

鋼結構工程本身的焊接量決定了采取此種結構類型的施工坡道單次造價將遠遠高于其他類型的坡道（混凝土坡道、土坡道），也正是因為如此，雖然鋼坡道在適用條件（土層、水位）和使用條件（承載力）方面都表現(xiàn)出非常優(yōu)秀的性能，但并未能在基坑工程中得到廣泛運用。本文以海口華潤中心二期東悅府項目為載體，由于其特殊的地層情況及工期要求，需采用鋼坡道形式。為減少鋼棧橋單次投入造價，響應國家綠色建造施工理念，最大限度利用資源，本項目在一般鋼坡道節(jié)點基礎上進行了深化改造，并對深化后的結構進行了整體穩(wěn)定性計算分析，整體鋼坡道具備的可拆卸程度高、可多次周轉的優(yōu)勢，達到了減少單個工程單次施工成本的效果。

本項目通過綠色可周轉鋼坡道的成功實施，縮短了深基坑建造工期，節(jié)約了資源消耗，降低了施工成本，為后續(xù)類似深基坑工程提供了綠色、快速、經濟的取土坡道建造方式。

1 工程概況

海口華潤中心二期項目位于海南省海口市濱海路南，玉沙路西，金貿東路和明玉路之間，處于海口市市中心，北側毗鄰朗庭、寶華等高端酒店，南側為京華城商圈。

本工程基坑深度為11.4～13.3 m，采用咬合支護樁＋2道鋼筋混凝土內支撐作為基坑支護形式。項目鄰近海邊，在地下6 m處存在層厚為2～9 m的淤泥質粉質黏土層，極大地限制了坡道選擇方式，且項目工期要求高。對于復雜的地質條件，土方開挖效率的高低無疑成為能否按工期要求完成的決定性因素，通過綜合對比分析后，決定采用綠色可周轉深基坑鋼坡道代替?zhèn)鹘y(tǒng)土坡道及混凝土坡道。

圖1 鋼坡道支撐體系精細化標高校定裝置

2 鋼坡道設計

坡度部分鋼坡道長39 m，按3 m＋9 m＋6 m＋9 m＋9 m＋3 m跨徑布置。棧橋采用321型裝配式公路鋼橋，設計行車道寬度8 m，棧橋坡面坡度為1∶7。

下部結構采用φ800 mm×16 mm的鋼管樁，鋼管樁埋入φ1200 mm混凝土樁基礎中，縱向間距按跨徑布置，橫向間距按6.50 m布置。鋼管樁上布置雙拼HN700 mm× 300 mm×13 mm×24 mm型鋼作為枕頭梁，枕頭梁上按2.00 m＋2.50 m＋2.00 m中心間距在坡道斷面方向布置4組321型貝雷梁作為主梁，每組貝雷梁由3榀貝雷用90 cm門字架連接而成。順坡道向按0.75 m間距布置25a#工字鋼分配梁，再在分配梁上按0.30 m間距橫橋向布置12.6#工字鋼次分配梁，坡道面板采用焊有φ12 mm鋼筋防滑條的厚10 mm花紋鋼面板。

3 綠色理念植入

鋼坡道作為下基坑取土坡道，具備建造及拆除周期短、不受土質及天氣影響、不受基坑深度影響等優(yōu)勢，但其較高的單次投入注定在現(xiàn)階段無法大面積推廣應用。為解決這個問題，決定嘗試通過調整連接節(jié)點，使各個構件在完成單次施工任務后實現(xiàn)低損耗高周轉，以達到在多次周轉后整體成本大幅降低的目的，從而將綠色可周轉鋼坡道技術進行推廣。

主要考慮對以下部分進行優(yōu)化：

1）鋼坡道支撐體系精細化標高校定裝置。綠色可周轉下基坑鋼坡道作為一種新型下基坑坡道形式，主材采用鋼結構，施工過程中對精度要求較高，且坡道鋼管樁與坡道上部結構連接過程中受到的影響因素也較多。若因土質原因，沉降誤差過大，則會導致鋼管立柱無法與上部結構進行連接，為避免此種情況，需將鋼管長度加長，但鋼管過長則需要進行二次切割，故工藝選擇上基本都需要進行二次處理，且創(chuàng)面會影響后續(xù)焊接質量而增加成本。為此，設計了鋼坡道支撐體系精細化標高校定裝置（圖1）。通過采用精細化標高校定裝置，即在立柱鋼管施工完成后在立柱鋼管3個方向開3個小孔，然后將小鋼管焊在3個小孔上作為出砂口，孔口標高須低于調高鋼管最終底標高，通過在立柱鋼管中注滿填充砂，排出或加入內部填充砂以調節(jié)鋼管高度，達到精細化控制標高的目的。將調高鋼管插入立柱鋼管中，根據(jù)圖紙微調最終標高，若過高則從小鋼管排出部分填充砂，若過低則加入部分填充砂，以此達到精細化標高調整的目的。

2）特制梳子板取代焊接做法。為保證雙拼工字鋼與貝雷梁的有效連接，創(chuàng)造性地加工特制抗貝雷梁側向滑移梳子板，使斜坡部分貝雷梁更好地與雙拼工字鋼進行連接（圖2、圖3）。

圖2 梳子板三維放樣

圖3 梳子板實用效果

3）將連接、加固構件運輸至現(xiàn)場后根據(jù)實際情況開洞，并采用錨栓連接方式替代焊接，以達到無損安拆的效果（圖4、圖5）。

圖4 耳板與斜桿螺栓連接

圖5 工字鋼開孔與貝雷梁螺栓連接

通過錨栓連接的方式，減少鋼坡道使用的槽鋼、工字鋼等構件的焊接損傷，提高周轉率。

4 鋼坡道模型構建

按出土坡道的跨徑布置整體建模，利用Midas Civil計算程序進行驗算。Midas Civil程序能夠通過調整重力系數(shù)對支架本身自重進行加載，除自重外，還需按設計值加載，然后通過整體靜載試驗分析其穩(wěn)定性。

根據(jù)規(guī)范要求，自重作用分項系數(shù)取1.20，其他荷載作用分項系數(shù)取1.40。棧橋及平臺為使用年限5年以下的臨時結構，設計安全等級為三級，結構重要性系數(shù)為0.90，則修正后的荷載作用分項系數(shù)分別為1.08和1.26，上述組合按1.10和1.25取荷載作用分項系數(shù)。

鋼坡道計算分2個最不利工況進行計算組合，如表1 所示。

表1 鋼坡道工況計算

Midas Civil程序能夠通過調整重力系數(shù)對支架本身自重進行加載，本例中除自重外，棧橋驗算為以上2種工況，需加載自卸汽車荷載（考慮剎車力），取其最不利位置加載計算。

圖6、圖7為2種工況下立面荷載加載圖。

圖6 雙自卸汽車跨中荷載立面布置

圖7 雙自卸汽車支點荷載立面布置

5 鋼坡道建模計算

鋼坡道建模主要考慮以下幾個部分：計算應力、800 mm×16 mm鋼管樁應力、雙拼HN700 mm×300 mm枕頭梁應力、貝雷梁應力、工字鋼分配梁應力、工字鋼次分配梁應力、計算位移。通過計算得到各個工況的最不利數(shù)值，綜合得到最不利計算結果匯總（表2），圖8～圖12為最不利工況下構件應力、位移分析。

表2 最不利工況匯總

6 結語

通過一系列的深化調整，所采用的綠色可周轉深基坑鋼坡道整體穩(wěn)定性滿足實際需求。所述綠色可周轉鋼坡道在保證安全穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)了綠色建造，節(jié)約了資源，提高了材料周轉利用率，減少了單次投入，使適用性較強的鋼坡道能夠真正應用于基坑工程之中。本文考慮的可周轉性均為鋼管以上部分，鋼管立柱上部鋼管切割后回收利用價值明顯低于定尺鋼管，但鑒于目前已有的鋼管立柱施工方法此處無法避免，若能通過其他方法將該部分鋼管回收則能進一步提高周轉率。通過鋼坡道取土，壓縮了整體施工工期，加快了城市建設步伐，為后續(xù)鋼坡道在深基坑工程領域中的廣泛使用提供了參考及實踐資料。

圖8 工況2下φ800 mm×16 mm鋼管樁應力分析

圖9 工況2下雙拼HN700 mm×300 mm枕頭梁應力分析

圖11 工況1下25#工字鋼分配梁應力分析

圖12 工況2下12.6#工字鋼 次分配梁應力分析

圖13 工況1下計算位移分析