钢栈桥在老城厢复杂环境下的深基坑施工的应用

关键字：装配式钢栈桥板 经济对比 理论技术 施工工艺 质量控制

引言

本工程位于露香园核心地区，在一期施工中采用常规混凝土支撑栈桥用于深基坑施工阶段，在地下室施工中还需完成混凝土栈桥的拆除工作，不仅增加施工工期、施工造价，并且带来扬尘、噪音等环境污染问题。在建筑工业化装配式不断提高的背景下，采用预制装配式钢栈桥体系可提高深基坑工程的建设效率，并且显著降低施工成本。

1 项目概况

本工程为黄浦区露香园二期项目，北面到慈修庵、在建 D1 地块大境路低区，南面到昼锦路，东面到狮子街，西面道露香园路。

D2 地块内包括保留历史建筑和新建建筑物。其中保留历史建筑为南市图书馆，新建建筑主要包括保障性住房、商业、幼儿园和配建地库。总建筑面积约为 41760 平方米。当中地上部分建筑面积约为 19400 平方米，地下部分建筑面积约为 22356 平方米。

D2 地块基坑总面积约 13974 平方米，普遍挖深 11 米。围护结构采用钻孔灌注桩 + 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，降水采用真空深井泵降水措施。

2 钢栈桥施工研究

本论文通过讨论露香园二期深基坑工程施工中钢栈桥支撑技术的应用。通过对钢栈桥支撑与传统砼支撑的研究，通过研究软土地基深大基坑预制钢栈桥后拆施工方法及运用、基坑工程技术等规范的基础上[1-3]，评估其在深基坑工程施工中的效果。

具体的研究目标：

（1）比较钢栈桥支撑技术在深基坑工程施工中优势

（2）评估钢栈桥的理论计算安全性

（3）栈桥支撑技术的施工方法和技术质量要求

2 原基坑砼支撑概况

D2 地块基坑采用两道钢筋砼内支撑。支撑布置以对撑、角撑和边行架为主。本工程室外自然地面平均绝对标高 +3.30m_⨀ 。具体支撑截面尺寸及布置详见下表：

D2 地块基坑采用两道钢筋砼内支撑。支撑布置以对撑、角撑和边行架为主。本工程室外自然地面平均绝对标高 +3.30m 。具体支撑截面尺寸及布置详见下表：

3 调整后支撑概况

为了将砼栈桥板调整为钢栈桥板，结合技术、经济等多种因素分析，共对原由砼支撑栈桥结构做了如下 5 点调整：

（1）局部的混凝土栈桥替换为装配式钢栈桥，其中Ⅰ区使用 76 块 6000^*1500^*250mm ，42 块4500*1500*250mm；Ⅱ区使用 70 块 6000^*1500^*250mm ；Ⅲ区使用 54 块 6000^*1500^*250mm ；Ⅳ区使用 94 块 6000^*1500^*250mm_⨀ 。

（2）对替换为钢栈桥的梁梁交点位置进行加腋补强。

（3）为了对钢栈桥进行限位，设置限位围挡。

（4）在钢栈桥与混凝土栈桥交界处，设置 1：10 的混凝土坡道进行过渡。

（5）在基坑边的栈桥替换位置增加传力斜撑。

装配式刚栈桥板限载要求同原混凝土本工程基坑结合第一道支撑及压顶梁设置一道施工栈桥（阴影区域），栈桥板厚度 250mm ，混凝土标号 C35，栈桥强度达到设计强度 100% 后方可正常使用，同时要求荷载要求如下：单车重量限重 65t，且重车应隔跨停放，不得并排行驶；堆载要求不大于 25kPa；且要求堆载及重车荷载不得同时在同一跨中出现。

4 采用钢栈桥施工优点

4.1 经济对比

通过项目部在传统混凝土栈桥板与装配式钢栈桥板经济上对比，可知传统混凝土栈桥板共需152.32 万元，而调整后装配式钢栈桥板共需 111.37 万元，共可节约 40.95 万元，故使用装配式钢栈桥在经济上可取得明显收益。

4.2 对绿色施工的影响

传统的混凝土支撑栈桥需要使用大量的钢筋、模板、混凝土等建筑材料，对周边的环境带来一定的影响。而钢栈桥技术可以有效避免以上的问题：

（1）减少污染：不需要大量建筑材料、减少施工现场产生的建筑垃圾和废料，废水排放和施工噪音。

（2）低碳环保：降低电力消耗，可回收利用，更好的保护周边环境。

5 理论计算

本工程钢栈桥Ⅰ区使用 6000^*1500^*250mm ， 4500^*1500^**50mm ；Ⅱ区使用 6000^*1500^*250mm ；Ⅲ区使用 6000^*1500^*250mm ；Ⅳ区 4 块 6000^*1500^*250mm_o 。现以 6000^*1500 钢栈桥计算书为例进行钢栈桥静态、动态承载计算，经计算软件计算后可满足要求。[4]

6000×1500 钢栈桥计算

钢栈桥板在施工过程中搭接在栈桥梁上。设计均布荷载小于等于 25kPa，单位施工车辆满载小于等于 65t，单跨内集中荷载小于等于 40t 。按照计算软件中单向板计算，钢梁在两端呈现简支梁，分别计算其在均布荷载和集中荷载下的稳定方面的问题（短方向稳定计算长度偏安全按 3m 考虑）。

（1）单根型钢均布荷载计算

考虑均布荷载为 25kPa ，假定钢栈桥板由 7 根 H 型钢 H250×210×8×101 连接而成的整体，单根型钢等效均布荷载为 1.5m×25kPa/7=5.36kN/m 。

（2）单根型钢集中荷载计算

可能出现的汽车满载不超过 65t，假设后轮承担 2/3 载重（约 40 吨），且 40t 全部作用 0.6×0.6 m2面积上。假定钢栈桥板由 7 根 H 型钢 $＼mathrm { H } 2 5 0 ＼times 2 1 0 ＼times 8 ＼times 1 0 _ { Ḋ }$ ）连接而成的整体，截面参数是单根的 7 倍。等效计算为单根 H 型钢承受荷载为原来的 1/7，即为 5.714t

（3）组合型钢均布荷载下的应力与挠曲变形分析

考虑附加围板及加劲肋条件下，通过三维有限元模型计算，组合型钢栈桥板，在 25kPa 栈桥荷载作用下，最大应力为 54.3MPa （已考虑活荷载分项系数 1.5）；最大变形约为 5.59mm<6.0m/200=30mm （钢结构次梁体系 1/200 挠度限值）。

（4）组合型钢集中荷载下的应力与挠曲变形分析

考虑附加围板及加劲肋条件下，通过三维有限元模型计算，组合型钢栈桥板，在 40t 集中荷载作用下（按照荷载投影面积 0.36 平米计算），最大应力为 250MPa（已考虑活荷载分项系数 1.5）；最大变形约为 14.2mm<6.0m/200=30mm （钢结构次梁体系 1/200 挠度限值）。

6 施工工艺

6.1 混凝土支撑、栈桥施工

（1）圈梁、支撑工艺流程：测量定位→梁底支模→钢筋绑扎→隐蔽工程验收→侧模→砼浇捣→砼养护。

（2）首道混凝土支撑围檩分段开挖构筑，每施工段控制距离为 20m～30m ，以控制围护结构的初始变形。

（3）首层土方开挖完成后，进行首道栈桥支撑的施工，栈桥梁两侧临边的限位挡坎与栈桥梁一道施工，形成整体。

（4）混凝土支撑强度达到 80% 后，方可进行钢栈桥板的铺设。栈桥板与挡坎之间的缝隙使用混凝土进行填充，浇筑前在钢栈桥侧边粘贴 5mm 木夹板。

6.2 钢栈桥安装

（1）钢栈桥施工流程

测量定位→砼支撑梁底支模→砼支撑钢筋绑扎→砼浇筑前隐蔽工程验收→砼支撑侧模→砼支撑浇捣→支撑搁置梁整平收光→进行砼养护→砼强度达到 80%后方可吊装栈桥板。[5]

1）安装前按图纸进行现场放线，确保安装时搁置长度、安装直线度、中间限位挡坎留设位置正确。

2）首块板铺设时以混凝土栈桥板的边为定位基准线，由此开始往中间铺设。

3）钢栈板铺设过程中检查栈桥板的平整度局部不平整处通过钢垫片调整（高低差小于 5mm ）。

4）钢栈桥板整体铺设完成后用 C35 素混凝土填充两侧混凝土挡坎与钢栈桥板之间的缝隙。

5）采用 25T 汽车吊进行钢栈桥安装。

6.3 钢栈桥维护保养

（1）栈桥使用期间不得超载通行，严禁超载车上桥，严禁载重不明车辆上桥。栈桥上设置明显的限载牌。

（2）钢栈桥入口处及中间间隔设置限速牌，严禁运输车速度过快，超过一定规模的起重吊装机械行驶应按照施工现场要求在钢栈桥中间行驶，同时减小对支撑的冲击。

（3）栈桥使用期间，定期对水位、流速、基床冲刷进行监测，发现异常情况时，暂停使用栈。

（4）项目部应做到在每日工人上班前和下班后查看钢栈桥的路面使用情况，排除必要的安全隐患，对钢栈桥板板面发生不平整或者损坏的地方，应立即进行修理或者及时进行更换。钢栈桥板若由于受到大型机械的冲击造成损坏时，应联系专业单位，并按照技术员的要求进行修理或更换。

6.4 钢栈桥拆除

（1）栈桥板拆除前利用撬棒将栈桥板与混凝土撬松离，后使用塔吊或汽车吊进行吊装装车。施工作业时栈桥下方应无人员在施工作业，确保吊装安全。

（2）拆除顺序

1）随支撑拆除顺序，由端头逐步往外退拆。

2）钢栈桥拆除方案将编制支撑拆除专项施工方案，相关内容将在支撑拆除专项施工方案详细描述。

7 钢栈桥施工技术质量要求

7.1 钢栈桥支撑面

（1）混凝土挡坎的顺直度控制在 ±15mm 之内。确保钢栈桥板与梁的搁置长度 ⩾400mm 。

（2）梁的收水面需保证 5 米长度范围内平整度控制在±10mm 之内，避免影响钢栈桥板的平整度，平整度会影响噪音的产生。

7.2 钢筋混凝土围檩、支撑（1）支撑顺直度、平整度

1）采用激光水平仪打出水平标高线。

2）参照标高线将钢栈桥板搁置的梁面进行刮面抹平

3）抹面过程中使用卷尺进行复尺检查，确保梁的高低差控制在 10mm 之内。

4）栈桥板铺设之前利用水平仪对梁面的平整度进行检测，对于不平整之处采用钢垫片进行调平处理。

（2）在进行混凝土围檩施工前必须凿除围护墙体的浮浆、松软层及凸出墙面的混凝土等质量问题，确保混凝土围檩与围护墙体间之间的密实。

（3）钢筋班组必须严格按设计的图纸规定的要求进行结构钢筋绑扎，按有关钢筋连接规范严格执行，同时项目部钢翻必须向钢筋班组进行认真、仔细的交底，并在现场施工过程中加强检查、验收等工作。

（4）原则上所有钢筋都由钢筋加工厂制作，钢筋在进入施工现场后应由钢筋翻样根据设计图纸核对钢筋规格、尺寸等是否符合现场施工要求，数量正确与否，并应作外观检查，尤其钢筋的对焊接头，不合格的钢筋进行退货。在钢翻检查完毕后，所有检查过的钢筋应按现场平面图位置进行堆放，规定标识。

（5）钢筋必须具备加工厂厂方提供的质保书复试报告资料，合格后方可进入施工现场，并由钢翻进行收集归档。

（6）浇捣混凝土过程中应组织专人，若发现有钢筋移位情况，立即纠偏固定。

（7）根据实际情况进行钢筋的代换，不得随意代换，须由项目工程师得到设计认可后方可实施。

（8）在支撑施工过程中，应在工程监理的见证下现场取样，对所有钢筋连接结头、包括机械连接，送专业测试单位进行复试，确认合格后方可进行下道施工。

（9）在施工现场设立标准养护室，加强对混凝土坍落度及试块抽检管理，做好试块的及时送检，确保混凝土软件资料反映准确、及时。

（10）必须严格按规范要求确保混凝土振捣质量及混凝土的收头质量。

（11）在进行混凝土浇筑和振捣时的时候，项目部应按照当天的气象气候条件，做好必要的的混凝土养护工作。确保混凝土的施工质量。

（12）在施工现场组成材料协调小组，加强施工材料和施工机具等方面的组织和协调工作，确保混凝土能够正常供应。

（13）进行混凝土模板倒运的过程中应当心轻拿轻放的原则，用以保证模板表面的平整度、边角的完整，不被破坏，否则将造成因为模板的原因，形成表面的不平整。

（14）混凝土支撑结构进行浇捣时，应随时掌握当天天气的变化，并且及时进行气象预报，项目部应通过材料部门准备好必要的防雨材料。

8 结语

本文以露香园二期项目中 D2 地块各区深基坑施工为背景，介绍了装配式钢栈桥在该项目各区的理论计算、经济对比、施工工艺及质量控制等方面的应用情况，达到了项目部节约工期及工程造价的目的和效果。希望借此项目在钢栈桥方面的施工经验能帮助更多类似工地提高相关应用，具有较高的推广应用价值。

参考文献：

[1] 文杰， 唐云， 史朋， 等. 软土地基深大基坑预制钢栈桥后拆施工方法及运用[J]. 建筑施工，2021，43（10）：2030-2033.DOI：10.14144/j.cnki.jzsg.2021.10.016.

[2]DG.基坑工程技术规范： DG/TJ 08-61-2018[S].2018.

[3]住房和城乡建设部发布.JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程 [M].中国建筑工业出版社，2012

[4][1]罗玉珊，梁志荣，李成巍，等.深大基坑预制装配式栈桥系统的设计与实践[C]//中冶建筑研究总院有限公司.土木工程新材料、新技术及其工程应用交流会论文集（上册）.申元岩土工程有限公司；建工二建集团有限公司；，2019：5.

[5]傅平.装配式栈桥板在地铁基坑施工中的应用[J].福建建材，2023，（01）：86-88+30.