汪 洋，張 智

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司地下工程分公司，浙江 杭州310024）

鋼支撐相對于混凝土支撐可以省去硬化時(shí)間，做到隨挖隨撐，快捷高效，在基坑圍護(hù)中被廣泛應(yīng)用[1]。理論和工程實(shí)踐表明，支撐剛度是影響基坑變形的關(guān)鍵因素之一[2-3]。劉樹亞等[4]以深圳地鐵某基坑工程為例，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件分別對混凝土支撐和鋼支撐進(jìn)行了數(shù)值分析，分析了不同開挖階段支撐軸力及圍護(hù)墻側(cè)移的變化規(guī)律。孫毅等[5]結(jié)合西安地鐵五號線深基坑工程，對鋼支撐施工從拼裝、架設(shè)、預(yù)加軸力及拆除等步驟展開了具體的論述，并提出了具體的管控措施。

杭州至富陽城際鐵路工程位于杭州市西湖區(qū)轉(zhuǎn)塘街道，區(qū)間總長1 407.355 m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)總寬度約31.5 m，最大深度22.4 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用咬合排樁體系，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用“砼支撐+鋼管支撐”的混合支撐體系，其中鋼支撐共計(jì)591根，每根長30.7 m。由于鋼圍檁與鋼支撐固定端（活絡(luò)端）接觸面受集中荷載，為了局部加強(qiáng)圍檁剛度，需要在圍檁面與支撐端頭之間設(shè)置鋼綴板，以確保軸力施加后圍檁變形較小，軸損失可控。鋼綴板現(xiàn)場焊接在鋼圍檁上雖然能夠保證支撐軸線與綴板位置對應(yīng)，但焊接工作量大，時(shí)間長，效率低，無固定操作平臺，風(fēng)險(xiǎn)較大。另外，若預(yù)先把綴板焊接在圍檁上，又難以保證預(yù)先焊接的綴板位置恰好與實(shí)際架設(shè)的鋼支撐的中心線重合，導(dǎo)致鋼支撐受力不均勻、軸力（因圍檁受集中荷載的位置未被加強(qiáng)導(dǎo)致變形較大）損失嚴(yán)重，基坑圍護(hù)存在極大的安全隱患。在鋼支撐拆除后，往往因不同項(xiàng)目支撐間距不同，周轉(zhuǎn)使用的圍檁又不得不把鋼綴板切割掉，重新按照新項(xiàng)目的支撐間距焊接綴板，必然會(huì)造成鋼圍檁的損壞，影響其周轉(zhuǎn)使用的壽命，且施工效率較低。結(jié)合實(shí)際工程，開展鋼綴板結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后的鋼綴板適用性強(qiáng)，并保證了施工安全，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

1 鋼綴板架設(shè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

在本工程中隨機(jī)抽取10根鋼支撐，按照抽取順序依次編號為ZC1～ZC10，統(tǒng)計(jì)整理出每根鋼支撐架設(shè)總時(shí)間和各個(gè)工序的平均施工時(shí)間，見圖1和第49頁圖2。

圖1 單根鋼支撐施工時(shí)間

由圖1可見鋼支撐平均施工時(shí)間為5.72 h，超過了鋼支撐預(yù)計(jì)施工時(shí)間4 h，導(dǎo)致整體進(jìn)度滯后。由圖2可見鋼綴板焊接在各工序中用時(shí)最長，要縮短鋼支撐架設(shè)時(shí)間，首先需要縮短鋼綴板的固定時(shí)間。通過對各工序施工時(shí)間的觀察，得出應(yīng)壓縮鋼綴板安裝時(shí)間來達(dá)到預(yù)期施工時(shí)間。

圖2 鋼支撐各工序施工時(shí)間

2 鋼綴板優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了加快施工進(jìn)度，完成節(jié)點(diǎn)工期，亟須設(shè)計(jì)出一種可移動(dòng)的、拆裝方便、安全可靠、又不影響其加強(qiáng)圍檁剛度的綴板。

1）鋼綴板固定方案比選。根據(jù)以往鋼支撐施工經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出掛板法、焊接法、螺栓法3種鋼綴板固定方案。對3種方案的安全性、時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性（以單價(jià)計(jì)）和可靠性進(jìn)行對比分析，見表1。由表1可見，掛板法施工方便簡單，耗時(shí)短，加工費(fèi)用低；焊接法施工作業(yè)量大，效率低，成本費(fèi)高；螺栓法施工方便簡單，耗時(shí)短，加工費(fèi)用低，但對鋼圍檁損壞嚴(yán)重。綜合考慮，鋼綴板固定方式選取為掛板法。

2）鋼綴板形狀選擇。為保證鋼支撐施加軸力后的應(yīng)力全部作用在掛板上，通過安全性、時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的分析來確定掛板的選型，見表2。根據(jù)鋼支撐固定端截面積，提出正方形與圓形2種不同形狀的掛板，見圖3。

表1 鋼綴板固定方案比選表

表2 掛板形狀比選表 （元）

圖3 兩種現(xiàn)狀的加工示意圖

由表2可見，方形掛板成本低，加工方便，原材利用率高；圓形掛板成本費(fèi)稍高，但加工較復(fù)雜，耗材量大，故綜合比較后選擇方形掛板。

3）掛鉤選型。掛板需要通過掛鉤與鋼圍凜相連接，掛鉤的選擇直接影響施工效率與安全性。提出鋼制與螺栓兩種方案的掛鉤，其安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性比較見表3。由表3可見鋼制掛鉤和螺栓掛鉤安全性都較高，但由于螺栓掛鉤造價(jià)昂貴，故選擇鋼制掛鉤。

表3 掛鉤比選表 （元）

4）底托選型。為使鋼支撐兩端標(biāo)高保持一致，需要在掛板底部增加底托設(shè)置。提出鋼板底托和鋼制掛鉤底托兩種方案，其安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的比較見第50頁表4。由表4可見，鋼板底托加工成本費(fèi)低，安全性高，施工方便，且有效防止了鋼支撐滾動(dòng)；鋼制掛鉤底托加工成本費(fèi)低，但安全性低，施工可靠性較差，掛鉤無法準(zhǔn)確地卡住鋼支撐，故選擇鋼制底托。

表4 底托比選表 （元）

最終經(jīng)過方案優(yōu)化得到鋼綴板結(jié)構(gòu)，適用于Φ800 mm的鋼支撐，對于Φ609 mm的鋼支撐，鋼綴板邊長可改為750 mm。對于安裝軸力計(jì)的鋼支撐，鋼制底托可加長至500 mm。

3 實(shí)施效果

新型鋼綴板按照設(shè)計(jì)加工完成后，在杭富3標(biāo)5號基坑進(jìn)行了試驗(yàn)，表明優(yōu)化后的鋼綴板使用方便快捷，提高了鋼支撐安拆效率，避免了軸力缺失的現(xiàn)象，安全性能良好，提高了施工效益。

3.1 時(shí)間效益

試驗(yàn)中隨機(jī)抽取10根鋼支撐，按照抽取順序依次編號為2ZC1～2ZC10，統(tǒng)計(jì)整理每根鋼支撐施工總時(shí)間和各工序的平均施工時(shí)間，見圖4和圖5。

圖4 優(yōu)化后單根鋼支撐施工時(shí)間

圖5 優(yōu)化后鋼支撐各工序施工時(shí)間

由圖4和圖5可見，采用優(yōu)化的鋼綴板提高了鋼支撐的架設(shè)效率，加快了施工進(jìn)度，鋼綴板的施工時(shí)間由原來的3 h縮短為0.5 h，縮短了施工工期，到達(dá)了預(yù)期效果。同時(shí)解決了原方案的鋼綴板與鋼支撐中心線不重合的問題，消除了基坑圍護(hù)存在的安全隱患。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

應(yīng)用新型的鋼綴板提高了鋼支撐架設(shè)效率，縮短了施工工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)成本核算，節(jié)約成本17.53萬元。

4 結(jié)論

以杭州至富陽城際鐵路工程為依托，對鋼綴板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用掛板式鋼綴板，形狀為方形，并設(shè)計(jì)了鋼制掛鉤和鋼板底托?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的鋼綴板省去了焊接工藝，位置可調(diào)，提高了施工效率，有利于縮短施工工期、節(jié)省施工成本。