赵升峰1，黄广龙2，章 新1，马世强1，熊彬涛2
（1．南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏 南京210019；2．南京工业大学交通学院，江苏 南京210009）
[摘要]以南京某基坑工程为背景，对大型混凝土栈桥结构的总体设计、结构受力特点、竖向承重结构设计以及栈桥梁板模板设计与模板支设方式、梁板钢筋施工、栈桥使用要求等若干关键技术进行了分析，并对栈桥使用效果进行了评价。
[关键词]深基坑；栈桥；混凝土；内支撑；受力分析；设计；施工
[中图分类号]TU473.2 [文章编号]1002-8498(2016)07-0024-04
0 引言
基坑支护体系属于临时结构，其安全储备相对较小，但随着深大基坑的普遍出现，土方开挖量增大，基坑工期增长，突出了“时间效应”现象，给基坑安全带来较大风险。随着土地价格上涨，土地利用率普遍提高，用地红线内可作为材料堆场、施工通道的场地越来越少，给基坑土方挖运和地下室施工带来较大困难，因此设置施工栈桥成为一种必要手段。吴海涛等介绍了某工程施工过程中将首层内支撑和栈桥板相结合布置，作为运输通道和临时加工区使用；黄炳德等对支撑与栈桥结合设计的问题提出了相应的技术措施。
通过设置栈桥，可以很好地改善土方运输条件，提高土方开挖外运效率，缩短工期，节约工程造价。基坑规范仅提及当支撑作为施工平台时，尚应考虑施工荷载，但对栈桥支撑体系具体的设计方案及如何进行受力分析涉及较少，不少岩土工程设计师根据经验选取结构截面尺寸和配筋，致使部分工程的栈桥设计结果与实际情况严重不符，针对上述缺点，本文系统地分析了栈桥支撑结构梁板的受力情况和关键施工方法，对指导工程的顺利实施具有实际意义。
1 混凝土栈桥工程实例
1.1 混凝土栈桥总体设计
新城科技园物联网产业园科技创新综合体B南地块工程，位于南京市建邺区广聚路和康文路交叉口东南侧，场地三侧为已建道路，东侧为待建道路。基坑支护桩距离用地红线仅3. 0m，用地红线便是场地围墙。基坑总面积约29 000m2，总延米约680m，基坑开挖深度10.3~10. 8m，采用钻孔灌注桩结合外侧ɸ850@1 200三轴水泥土搅拌桩止水帷幕的支护形式，竖向设置2道钢筋混凝土内支撑。
基坑东西向边长约220. 0m，南北向约140. 0m，整个基坑土方开挖量约30.5万m 3。工程进度要求紧，而且工程场地全部使用，无材料堆场和渣土车与混凝土泵车转运和停靠的地方，因此设计施工栈桥成为必要。首道支撑结合施工要求，大面积设置施工栈桥，其具体平面布置如图1所示。
1.2栈桥结构受力分析
内支撑栈桥一般由栈桥梁、板及立柱3部分结构组成。栈桥板结构体系的计算可根据栈桥布置形式，结合钢筋混凝土框架结构盖板计算方法计算；栈桥梁结构的计算，应结合内支撑的布置形式及受力情况综合确定。
栈桥结构体系计算需要考虑的荷载主要有以下3项：①竖向恒荷载 结构梁板自重及作用在栈桥板上的恒荷载；②竖向活荷载 作用在上部栈桥结构板面上的施工活荷载；③水平向支撑荷载 作用在支撑梁上的水平向土压力（支撑力）。
基坑工程施工过程中，挖机、渣土车以及混凝土泵车直接在施工栈桥上行走和工作。荷载传递路径为：各类施工活荷载以及栈桥板面自重荷载一起传递到支撑梁上，由支撑梁传递到支撑立柱及立柱桩上。
作为深基坑栈桥的结构体系，其受力比较复杂。从工程适用的角度出发，建议把渣土车、挖机、混凝土泵车等不易确定的荷载等效为均布活荷载进行计算。等效均布荷载是为了解决集中荷载和移动荷载的效应计算，采用的是效应相等的原则，一般适用于栈桥板面构件的计算，但是对于栈桥支撑构件如主梁、次梁以及内支撑竖向承重的钢立柱，则不应直接采用用于栈桥板面计算的等效均布荷载值进行计算，应根据构件使用性质及其从属面积的不同，采用综合荷载对栈桥支撑构件进行计算。其中，从属面积应结合栈桥具体布置形式按照梁两侧各B/2梁间距范围的实际面积确定；栈桥板面传递的竖向荷载应根据栈桥板面形状按照结构设计理论进行分配。竖向荷载分配模式是根据楼板传递竖向荷载的方式确定的，具体模式如图2所示。
栈桥支撑梁( ZQL2)除了受竖向自重、桥面传递的活荷载等引起的竖向弯曲作用之外，同时受水平方向的土压力及水平面内的弯曲作用。兼作栈桥梁的内支撑梁应按双向偏心受压杆件进行设计。
本工程栈桥梁结合内支撑布置采用了主梁加十字次梁的布置形式，整个栈桥面积约8 650m2，其中沿支撑轴力作用方向，栈桥梁最大跨度为5. 75m，垂直支撑轴力作用方向栈桥梁跨度为4. 5m，栈桥梁具体截面尺寸和配筋（栈桥支撑梁上下、左右均对称配筋）如表1所示。
1.3 竖向承重结构设计
栈桥竖向承重结构形式如图3所示，竖向支撑体系的稳定是栈桥安全使用的关键环节，栈桥立柱可采用角钢格构立柱或钢管立柱。因角钢格构立柱能承受较大的荷载或较大的偏心荷载，且不影响后期主体结构梁板钢筋的铺设，便于加工，故采用L180×16四肢等肢角钢格构柱，角钢外侧包焊4块450×300×12方形钢板。基坑周边道路标高比栈桥板面高0. 9m，需设计斜坡栈桥，方便车辆行驶。斜坡栈桥采用1：7坡比，其中斜坡段栈桥梁高度根据现场放样确定，配筋按照相应位置ZQL2和ZQL3配筋间距等间距增加。由于2道支撑竖向间距较大，故采用[ 28c做剪刀撑，每隔1跨设置。剪刀撑长度和角度根据现场角钢格构立柱间距放样确定。
施工阶段在施工车辆直接作用或较大荷载的栈桥区域，角钢格构立柱与混凝土栈桥梁接触面产生较大的竖向剪力，该剪力由托板传递给竖向钢立板，再传递给角钢格构立柱。因此，需要在栈桥梁下钢立柱上设置钢牛腿或者在梁内钢牛腿上焊接抗剪能力较强的槽钢等构件，抗剪构件形式如图4所示。
2栈桥梁板模板设计与施工
2.1 栈桥梁板支模方式
无栈桥板的支撑梁只考虑支设梁侧面模板，梁底模利用开挖到设计标高后的土层作为底模，下填100mm厚的碎石压实后浇筑100mm厚C15混凝土垫层，上铺油毛毡作为隔离层；有栈桥板区域的梁、板采用整体搭设排架的支模形式；土方开挖后由于开挖层为淤泥质粉质黏土，整体的地基承载力较低，故采用铺填300mm厚的碎石垫层，上浇150mm厚C25商品混凝土，以确保地基承载力达到设计要求，然后再进行整体排架的搭设。
2.2栈桥梁板模板设计
模板支架搭设所用材料：采用ɸ48mm×3.0mm脚手架钢管、直角扣件、对接扣件、旋转扣件、50mm×100mm木方、18mm厚胶合板、与钢管配套的可调托座、ɸ14mm穿梁螺栓、U形卡、垫木等。
立杆沿梁跨度方向间距为550mm，立杆步距为800mm，梁底增加的承重立杆采用可调托座，板底承重立杆横向间距或排距为1100mm，梁支撑架搭设高度2200mm，梁两侧立杆间距1300mm，采用梁底支撑小楞垂直梁截面方向的承重架支撑形式；梁底增加承重立杆为2根，钢管类型为ɸ48mm×3. 0mm,承重立杆采用单扣件连接方式。栈桥梁板模板支设方式如图5所示。
2.3 栈桥梁板钢筋施工
施工顺序：钢管架起主梁上层钢筋→画箍筋间距→按间距放箍筋→穿主梁下层纵筋→穿次梁上层钢筋→按箍筋间距绑扎主梁箍筋→穿次梁下层纵筋→按次梁箍筋间距绑扎次梁箍筋→抽出钢管将钢筋骨架置于模板上，然后进行板钢筋施工。
受力钢筋为一级( HPB300)和三级钢筋( HRB400)，箍筋为一级钢筋、主筋为三级钢筋。钢筋的下料、预埋件的制作和钢筋的焊接均在现场进行，配备对焊机、弯曲机、切断机及电焊机等相应设备。板钢筋采用搭接接头，在同一断面上接头数量< 50%，并错开距离35d（d为钢筋直径），且≥500mm。为保证混凝土保护层的厚度，在板底设网格为1. 0m×1.0m定位混凝土垫块。梁的受力主筋为ɸ28mm，故采用直螺纹套筒（套筒长70mm，螺距3mm，套筒外径41mm）连接，接头不宜位于构件最大弯矩处，应位于梁上层钢筋中间1/3区域。在任一区段内有直螺纹接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积百分率≤50%。
2.4栈桥使用要求
1)栈桥行车区荷载≤35kPa，单位施工车辆满载下≤55t。现场施工过程中应按上述要求严格控制施工栈桥区域的荷载大小，确保荷载满足设计要求，非栈桥区域严禁作用施工荷载。
2)栈桥梁板混凝土强度等级均为C35，栈桥板厚度为300mm，钢筋保护层厚度为20mm，板配筋采用ɸ18@ 200( HRB400)双向双层。栈桥梁、板强度均达到100%设计强度后方可使用。
3)土方装车作业应轻放，尽量减少装车冲击。渣土车在栈桥上应慢速平稳行驶和制动，不应出现紧急制动的情况，特别是满载土方车，行车速度不得超过5 km/h。满载后遇栈桥面凹凸不平的情况，需处理平整或缓慢驶过，不得强行冲过。汽车式起重机使用支腿工作时，其支腿下须铺设路基箱。
4)土方运输车辆配备和调度应保证能满足运土不间断的要求，场内车辆行驶应有统一规划和指挥。在栈桥上的各种挖土、取土设备在挖土、取土半径范围内作业时，操作不应过猛，履带不宜单边受力，与栈桥边保持一定的距离。运土车辆在栈桥上行驶时，应在栈桥中间行驶，不单边行驶或停在一侧等待装土。
5)2台挖掘机不得在栈桥上同一跨以及相邻跨作业，相邻挖土机停靠工作位置间距应≥15. 0m。避免出现2台满载设备停靠在同一跨度内等不利荷载分布情况，且土方车不得在同一跨及相邻跨停留。
6)栈桥出入口范围坑外土体应采取加固或铺设路基箱扩散应力等措施。栈桥两侧安全护栏设置应具备足够强度以确保施工车辆及人员安全，栈桥路面可根据车辆运行需要采取防滑措施。
7)施工单位应结合设计要求编制包括施工车辆荷载及具体运行路线等相关内容的施工方案，施工方案经参建各方认可后方可实施，管理者应严格进行施工现场的监督。
3 混凝土栈桥应用效果分析
该工程于2013年9月1日开始栈桥及第1道支撑下面的土方开挖，于2014年5月18日土方开挖完毕。在整个基坑土方施工中，采用信息化施工，对栈桥应力变化进行了实时监测，测点布置如图1所示。
现场实测的栈桥板应力随时间的变化曲线如图6所示，栈桥应力监测采用钢筋应力计。由图6可知，在整个基坑开挖施工过程中栈桥应力均有一定的波动，说明混凝土栈桥结构中应力大小不是定值，而是随着基坑开挖和板面荷载的不同而动态调整。从整个监测数据看，刚开始挖土时栈桥应力最大，这是因为刚开始挖第1道支撑下土方时，栈桥上面运转的机械较多，栈桥使用频繁导致。随着向下挖土，支撑底部掏空，栈桥上又不允许停留，运转车辆减少，栈桥应力降低。监测的应力出现负值，这可能由于栈桥使用较少时，受水平向土压力作用引起。栈桥钢筋最大应力发生在ZQ1测点处，为64. 03MPa，小于报警值288MPa，仅为钢筋自身抗拉强度值的17.8%，因此在进行基坑栈桥设计时，应进一步分析栈桥板面等效荷载的取值大小以及栈桥梁跨度的间距，优化栈桥设计。应在保证栈桥稳定可靠的前提下，尽量减少浪费。
4 结语
1)大型基坑工程使用混凝土栈桥进行土方开挖以及地下室基础底板、楼板、结构梁、柱、墙等混凝土浇筑是解决施工场地狭小的一种有效途径。
2)混凝土栈桥的计算是基于建筑框架结构基础之上的，但不完全与建筑楼板、梁一致。当前主要问题在于等效荷载的具体取值和栈桥梁板计算的力学模型选取。混凝土栈桥支撑结构与单纯的混凝土内支撑的关键区别在于栈桥受荷载复杂、计算方法不完善。
3)根据以往工程经验和已有的文献资料，总结了大型混凝土栈桥的承载特性，并结合具体工程应用实例，总结了该类型支撑结构的设计要点、施工方法和施工参数。
4)案例工程已施工结束，现场监测结果表明，基坑开挖过程中栈桥应力变化值均在控制范围内，而且远小于设计预警值。这说明本工程的设计是成功的，同时本工程也为在场地狭小中的同类深基坑工程的设计与施工提供了借鉴。
