污水管廊內管道支墩優化分析

柴寅博，王偉

（中交隧道工程局有限公司華北分公司，北京 100024）

1 工程概況

為進一步貫徹落實科學發展觀，加強綠色市政的建設和管理，推動建設領域“資源節約型，環境友好型”社會建設，結合實際情況，污水管廊成為綠色市政綜合管廊的特色。

本項目雪松路、櫻花路綜合管廊污水艙獨立成艙，其中，雪松路污水管廊1 555.4m，櫻花路污水管廊長1 760.3m。雪松路、櫻花路污水管廊斷面均為2.5m（凈寬）×2.4m（凈高），收容DN600～DN800 污水管道。

2 污水管廊管道支墩工藝

項目污水管廊管道支墩原設計為混凝土支墩，項目擬計劃采用鋼支墩形式，現將2 種支墩工藝形式進行對比，具體情況如下。

2.1 混凝土支墩

污水管廊內污水管道材質為玻璃鋼夾砂管（每節長6m），采用C35 混凝土支墩進行支撐，每節管道設置3 個混凝土支墩，支墩離管道承口距離為400～1 000mm，管道采用扁鋼（100mm×5mm）管卡與支撐扯襯（100mm×5mm）墊配合固定（注：參見湖南省建筑設計院，長沙市規劃設計院著：《梅溪湖國際新城（二期）地下綜合管廊施工圖設計》），污水管廊混凝土支墩剖面如圖1 所示。

圖1 污水管廊混凝土支墩剖面圖

施工混凝土支墩時，必須對支墩范圍內管廊底板混凝土進行表面處理：將表面鑿毛，要求打成麻坑或溝槽，然后清除表面的浮塊、碎渣、粉末，并用壓力水沖洗干凈，如表面凹處有積水，應用抹布吸去，再用丙酮擦凈。

支墩底部采用化學植筋與管廊底板固定。植筋應按中華人民共和國行業標準JGJ 145—2013《混凝土結構后錨固技術規程》進行，且應選具有國家權威機構認定的具有相應資質的單位施工。植筋時采用膠的等級為A 級，在滿足正常施工條件下，嚴禁破壞原有結構；對于混凝土保護層受損處，應采用C35 的細石混凝土補好完整。植筋應現場根據JGJ 145—2013《混凝土結構后錨固技術規程》進行質量的檢測與驗收，植筋施工時不得破壞原已施工的主體結構。

2.2 鋼支墩

經項目不斷優化，污水管廊管道支墩擬采用鋼支墩形式。鋼支墩采用10#槽鋼與500mm×250mm×10mm 鋼板組合，每節污水管道（材料為玻璃鋼夾砂管，每節6m）設置3 個鋼支墩，支墩離管道承口距離為 400 ～1 000mm，管道采用扁鋼（250mm×8mm）管卡與支撐扯襯（250mm×8mm）墊配合固定【1】。鋼支墩底部無需進行表面處理，直接采用M14 膨脹螺栓（螺栓材質為Q235B，雙螺母）與管廊底板固定即可，污水管廊鋼支墩剖面如圖2 所示。

圖2 污水管廊鋼支墩剖面圖

3 污水管廊管道混凝土支墩與鋼支墩技術對比分析

3.1 混凝土支墩特點

1）混凝土質量難控制：每個污水管廊混凝土支墩的體積較小，平均體積約為0.25m3。商品混凝土按10m3/車計算，每車可澆筑混凝土支墩40 個，且各投料口的間距約200m，混凝土在污水管廊內的水平運距較長，在施工過程中存在混凝土澆筑時間長、實際操作難度大等問題，不利于混凝土支墩的質量控制。

2）底板表面處理影響結構：混凝土支墩按設計要求應錨固于管廊底板，植筋較多，且需先將已施工找平層破除，支墩施工完成后再修補處理，對管廊結構有一定影響。

3）底板植筋專業性較強：支墩底板植筋按設計要求應選具有國家權威機構認定的具有相應資質的單位施工，需要重新進行招標，將嚴重影響工期。

4）靈活性差：混凝土支墩遇特殊節點位置，不可適當調整支墩平面位置和結構形式，難以控制污水管內底標高按設計標高安裝。

3.2 鋼支墩特點

1）結構簡單：鋼支墩采用10#槽鋼與500mm×250mm×10mm 鋼板組合，簡單輕便，方便運輸，可在工廠加工，直接到現場進行安裝。

2）無需底板表面處理：鋼支墩底部采用M14 膨脹螺栓與管廊底板固定，無需對底板進行鑿毛處理。

3）靈活性高：鋼支墩遇特殊節點位置，可方便調整支墩平面位置和結構形式，準確控制污水管內底標高按設計標高安裝。

4）整體形象好：采用鋼支墩有利于提高管廊內部的整體形象及美觀。

3.3 2 種支墩工藝對比

對上述污水管道混凝土支墩與鋼支墩的工藝形式、結構特點等進行總結分析，如表1 所示。

這2 種管道支墩形式從施工工藝、材料、現場效果、施工效率等方面進行對比，鋼支墩都有著顯著的優勢。

3.4 鋼支墩穩定性分析

對污水管廊管道鋼支墩進行受力驗算，以分析支墩的穩定性。

表1 2 種支墩工藝對比表

3.4.1 受力驗算說明

污水管廊內支墩間距為3m，管道內徑為DN500mm、DN600mm、DN800mm。管材為玻璃鋼夾砂管，管材厚度DN800mm 按重力流SN5 000Pa 厚度取13.6mm，本次驗算按最大尺寸【2】。

3.4.2 驗算式

管道內控面積：A1=3.14×0.42=0.502m2

m水=ρA1L=1×0.502×3=1 506kg=14.76kN

m管=66.7×3=200.1m3=1.96kN

豎向力：F豎=m水+m管=14.76+1.96=16.72kN

水流及坡度水平力按豎向力50%計算：

膨脹螺栓采用M14×140，

F拔=2 650×9.8=25 970N=25.97kN

安全系數：Fs=F拔/F拉=1.87

式中，A1為管道內控面積，m2；m水為每 3m 管中水體重力，kN；m管為每 3m 管體重力，kN；F豎為豎向力，kN；F平為水平力，kN；h 為鋼支墩高度，m；F拉為拉力，kN；F拔為抗拔力，kN；S 為膨脹螺栓截面面積，m2；M 為水平彎矩，kN·m；Fs為安全系數；ρ為水的密度；L 為每節管長，取值3m。

3.4.3 鋼支墩理論質量

鋼支墩理論質量表如表2 所示。

表2 鋼支墩理論質量表

經過上述受力驗算分析得知，污水管廊管道鋼支墩穩定性滿足設計要求。

4 污水管廊管道鋼支墩適用性總結

經過污水管道混凝土支墩與鋼支墩從施工工藝、材料特點、現場效果、施工效率、經濟效益等方面進行對比分析后認為，鋼支墩具有顯著的優勢，而且鋼支墩穩定性均滿足設計。本項目污水管道采用鋼支墩代替混凝土支墩，不僅節省造價、節約工期，還能與管廊更好地融為一體，有利于提高管廊內部的整體形象及美觀。

5 結語

通過此次污水管廊內部污水管道支墩優化為鋼支墩，很大程度上解決了管廊內管道支墩施工的難題，為管廊能夠如期、安全運營奠定了基礎，為今后管廊內其他管道支墩施工提供了寶貴經驗，很好地發揮了國家建設綜合管廊首批試點項目的作用，成為湘江新區重要的展示和形象窗口。