污水管廊內(nèi)管道支墩優(yōu)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(jìn)一步貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，加強(qiáng)綠色市政的建設(shè)和管理，推動(dòng)建設(shè)領(lǐng)域“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”社會(huì)建設(shè)，結(jié)合實(shí)際情況，污水管廊成為綠色市政綜合管廊的特色。

本項(xiàng)目雪松路、櫻花路綜合管廊污水艙獨(dú)立成艙，其中，雪松路污水管廊1 555.4m，櫻花路污水管廊長(zhǎng)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(xiàng)目污水管廊管道支墩原設(shè)計(jì)為混凝土支墩，項(xiàng)目擬計(jì)劃采用鋼支墩形式，現(xiàn)將2 種支墩工藝形式進(jìn)行對(duì)比，具體情況如下。

2.1 混凝土支墩

污水管廊內(nèi)污水管道材質(zhì)為玻璃鋼夾砂管（每節(jié)長(zhǎng)6m），采用C35 混凝土支墩進(jìn)行支撐，每節(jié)管道設(shè)置3 個(gè)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(jiàn)湖南省建筑設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院著：《梅溪湖國(guó)際新城（二期）地下綜合管廊施工圖設(shè)計(jì)》），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(shí)，必須對(duì)支墩范圍內(nèi)管廊底板混凝土進(jìn)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(yīng)用抹布吸去，再用丙酮擦凈。

支墩底部采用化學(xué)植筋與管廊底板固定。植筋應(yīng)按中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，且應(yīng)選具有國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)定的具有相應(yīng)資質(zhì)的單位施工。植筋時(shí)采用膠的等級(jí)為A 級(jí)，在滿(mǎn)足正常施工條件下，嚴(yán)禁破壞原有結(jié)構(gòu)；對(duì)于混凝土保護(hù)層受損處，應(yīng)采用C35 的細(xì)石混凝土補(bǔ)好完整。植筋應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行質(zhì)量的檢測(cè)與驗(yàn)收，植筋施工時(shí)不得破壞原已施工的主體結(jié)構(gòu)。

2.2 鋼支墩

經(jīng)項(xiàng)目不斷優(yōu)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(jié)污水管道（材料為玻璃鋼夾砂管，每節(jié)6m）設(shè)置3 個(gè)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(wú)需進(jìn)行表面處理，直接采用M14 膨脹螺栓（螺栓材質(zhì)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(shù)對(duì)比分析

3.1 混凝土支墩特點(diǎn)

1）混凝土質(zhì)量難控制：每個(gè)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(chē)計(jì)算，每車(chē)可澆筑混凝土支墩40 個(gè)，且各投料口的間距約200m，混凝土在污水管廊內(nèi)的水平運(yùn)距較長(zhǎng)，在施工過(guò)程中存在混凝土澆筑時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)際操作難度大等問(wèn)題，不利于混凝土支墩的質(zhì)量控制。

2）底板表面處理影響結(jié)構(gòu)：混凝土支墩按設(shè)計(jì)要求應(yīng)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(bǔ)處理，對(duì)管廊結(jié)構(gòu)有一定影響。

3）底板植筋專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)：支墩底板植筋按設(shè)計(jì)要求應(yīng)選具有國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)定的具有相應(yīng)資質(zhì)的單位施工，需要重新進(jìn)行招標(biāo)，將嚴(yán)重影響工期。

4）靈活性差：混凝土支墩遇特殊節(jié)點(diǎn)位置，不可適當(dāng)調(diào)整支墩平面位置和結(jié)構(gòu)形式，難以控制污水管內(nèi)底標(biāo)高按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝。

3.2 鋼支墩特點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：鋼支墩采用10#槽鋼與500mm×250mm×10mm 鋼板組合，簡(jiǎn)單輕便，方便運(yùn)輸，可在工廠加工，直接到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

2）無(wú)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(wú)需對(duì)底板進(jìn)行鑿毛處理。

3）靈活性高：鋼支墩遇特殊節(jié)點(diǎn)位置，可方便調(diào)整支墩平面位置和結(jié)構(gòu)形式，準(zhǔn)確控制污水管內(nèi)底標(biāo)高按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝。

4）整體形象好：采用鋼支墩有利于提高管廊內(nèi)部的整體形象及美觀。

3.3 2 種支墩工藝對(duì)比

對(duì)上述污水管道混凝土支墩與鋼支墩的工藝形式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行總結(jié)分析，如表1 所示。

這2 種管道支墩形式從施工工藝、材料、現(xiàn)場(chǎng)效果、施工效率等方面進(jìn)行對(duì)比，鋼支墩都有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

3.4 鋼支墩穩(wěn)定性分析

對(duì)污水管廊管道鋼支墩進(jìn)行受力驗(yàn)算，以分析支墩的穩(wěn)定性。

表1 2 種支墩工藝對(duì)比表

3.4.1 受力驗(yàn)算說(shuō)明

污水管廊內(nèi)支墩間距為3m，管道內(nèi)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(yàn)算按最大尺寸【2】。

3.4.2 驗(yàn)算式

管道內(nèi)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(jì)算：

膨脹螺栓采用M14×140，

F拔=2 650×9.8=25 970N=25.97kN

安全系數(shù)：Fs=F拔/F拉=1.87

式中，A1為管道內(nèi)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(shù)；ρ為水的密度；L 為每節(jié)管長(zhǎng)，取值3m。

3.4.3 鋼支墩理論質(zhì)量

鋼支墩理論質(zhì)量表如表2 所示。

表2 鋼支墩理論質(zhì)量表

經(jīng)過(guò)上述受力驗(yàn)算分析得知，污水管廊管道鋼支墩穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 污水管廊管道鋼支墩適用性總結(jié)

經(jīng)過(guò)污水管道混凝土支墩與鋼支墩從施工工藝、材料特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)效果、施工效率、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行對(duì)比分析后認(rèn)為，鋼支墩具有顯著的優(yōu)勢(shì)，而且鋼支墩穩(wěn)定性均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目污水管道采用鋼支墩代替混凝土支墩，不僅節(jié)省造價(jià)、節(jié)約工期，還能與管廊更好地融為一體，有利于提高管廊內(nèi)部的整體形象及美觀。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次污水管廊內(nèi)部污水管道支墩優(yōu)化為鋼支墩，很大程度上解決了管廊內(nèi)管道支墩施工的難題，為管廊能夠如期、安全運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)，為今后管廊內(nèi)其他管道支墩施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，很好地發(fā)揮了國(guó)家建設(shè)綜合管廊首批試點(diǎn)項(xiàng)目的作用，成為湘江新區(qū)重要的展示和形象窗口。