装配式钢栈桥板在基坑工程中的应用

1 装配式钢栈桥板定义与特点

栈桥板主要包括现浇钢筋混凝土栈桥板、预制钢筋混凝土栈桥板、装配式钢栈桥板，不同类型栈桥板见表1。装配式钢栈桥板由于其独特的设计和制造方式，在基坑工程中应用时展现出多项性能优势。首先，栈桥板在使用过程中主要作用为承载施工荷载、车辆运输及材料堆放等纵向荷载。而得益于钢材更优秀的抗弯、抗扭及抗剪能力，其更适合作为栈桥板使用。其次，相对于现场浇筑混凝土，装配式钢栈桥板在工厂内进行标准化生产，不仅保证了材料质量，还通过精确的模具控制了尺寸精度。

表1 不同类型栈桥板

   

装配式钢栈桥板的施工速度快，对于缩短工期、减少施工对周围环境的影响具有重要意义。由于装配式钢栈桥板在工厂完成预制，现场仅需安装和连接，无须焊接切割、支模拆模、钢筋绑扎、混凝土养护、凿除等工序，大幅减少了现场施工时间。快速施工不仅降低了劳动力成本，也显著减少了由于施工延期可能产生的风险和成本。

装配式钢栈桥板在耐久性方面也有显著优势。工厂化生产可确保装配式钢栈桥板的品质恒定，无须考虑混凝土现场养护时长和环境。实践证明，施工完成后，装配式钢栈桥板相较于现浇板，其抗冻融性能均有所提升。这种耐久性的增强意味着在冬期施工过程中，装配式钢栈桥板可以更好地抵抗恶劣环境，降低维护和修复的频率及成本。

2 装配式钢栈桥板应用

2.1 应用实例分析

本工程基坑面积约24310m2，基坑周长约632m，基坑东西向长约177.6m，南北向长约178.9m。±0.000m相当于绝对标高4.800m，设计地面绝对标高4.250m，相对标高–0.550m，根据本工程周边环境、开挖深度及土层条件，基坑围护采用三轴搅拌止水帷幕，钻孔灌注桩加3道混凝土支撑形式，普遍开挖深度为14~15.1m。采用顺作法施工，坑内竖向设置3道临时钢筋混凝土水平支撑，在第一道支撑设置装配式钢栈桥板，形成钢筋混凝土与钢栈桥板组合的支护结构。

由于项目地处繁华商业区，需要特别控制施工对周边环境和交通的影响，因此项目采用了装配式钢栈桥板，以减少现场施工作业量及对周边环境的影响。围护结构设计概况见表2。

表2 围护结构设计概况

   

在项目实施中，对装配式栈桥的设计需要进行了严格的审核，确保其能够满足工程实际需求。

首先，基坑内部的支撑需要根据基坑面积、基坑深度以及土质情况进行设计。本项目基坑面积大、深度深、土质含水量大，为控制基坑变形不超过预警值，支护体系应确保支撑强度、刚度及稳定性，因此采用钢筋混凝土水平框架支撑结构。其次，支撑梁由于受自重和施工荷载的作用，是一种压弯杆件，支撑的截面高度（竖向尺寸）应不小于其竖向平面计算跨度的 1/20，在受压支撑梁中增设三向约束节点构造，以减短压弯支撑梁的计算长度，加强其刚度和稳定性。支撑如图1及图2所示。

   

图1第一道支撑示意

   

图2 第二道及第三道支撑示意

在安装过程中，通过引入信息化管理，实现了施工过程的可视化监控。利用BIM模型及实时数据采集和分析，工程管理团队能够及时掌握施工进度和质量状态，有效预防施工过程中可能出现的问题。这一举措不仅提高了施工管理水平，也为保证工程质量提供了有力支持。

2.2 施工难点分析

支护体系施工流程中存在多个施工难点。

（1）受限于基坑深度大、基坑周边环道宽度窄、土质含水量大等客观因素，首道支护体系施工过程中存在混凝土浇筑时汽车泵支设困难的难点，需在原土层上铺设钢板满足人员及车辆同行以及施工需求。

（2）由于基坑开挖面积大、基坑深度大，土方开挖的方式及顺序将直接影响后续内支撑的施工，从而影响三轴搅拌止水帷幕对基坑的支撑作用。为此，土方开挖采用盆式开挖的方式，并进行分区施工。具体分区如图3所示。

   

图3 土方开挖分区示意

（3）由于工期要求紧张，而设计要求各道支撑必须达到整体设计强度的80%，同时栈桥强度必须达到整体设计强度的100%时，方可进行下一道工序。为满足工期要求、避免技术间歇期过长，栈桥板由传 统的现浇钢筋混凝土栈桥板改为装配式钢栈桥板，减少了钢筋绑扎、栈桥板支模、混凝土浇筑及养护的工序，最大限度地减少了施工时间、降低了施工难度。同时，钢栈桥板的自重远小于相同规格的现浇钢筋混凝土栈桥板，从而优化了结构效益。

（4）装配式钢栈桥板安装过程中需要进行精确的定位以确保安装到位、不产生缝隙，从而避免行车过程中产生的扰动导致栈桥开裂等质量缺陷，为此在栈桥两侧提前浇筑限位挡墙，并使用素混凝土填充限位器与钢栈桥板间的间隙。具体作法如图4所示。

   

图4 钢栈桥板限位挡墙作法示意

2.3 钢栈桥板选型

栈桥梁跨度为6m，因此在选择装配式钢栈桥板时，优先选择尺寸接近的款型，本项目选择6000mm×1500mm×250mm（长×宽×高）栈桥板。该装配式栈桥板主体由6根H252mm× 244mm×11mm×11mm×6000mm型钢拼焊而成，间隔2000mm焊接1层加筋肋。主体外侧由10mm×220mm×6000mm和10mm× 220mm×1500mm围板包裹，表面由6mm花纹钢板覆盖，钢材等级均以Q345B为主。设有60mm孔径护栏孔及吊装孔。钢栈桥板轴测如图5所示。

   

图5 钢栈桥板轴测示意

2.4 钢栈桥板验算

在栈桥设计过程中，主要考虑的永久荷载为结构 自重，而可变荷载为最大载重60t的混凝土运输车及施工荷载25kPa，两种荷载不会同时出现在同一跨，因此分开用ANSYS进行仿真和有限元计算，装配式钢栈桥板搭接在栈桥梁上，按照单向板、简支进行计算。钢栈桥板荷载设计值见表3。

表3 钢栈桥板荷载设计值       kN/m2

   

（1）60t混凝土运输车经过钢桥面板时验算。60t混凝土运输车经过钢桥面板时，存在单块钢栈桥板上同时支撑2枚轮胎的情况，因此视作钢栈桥板上被同时施加2处15t的集中荷载，此时栈桥板最大正应力173.78MPa、最大剪应力47.68MPa，栈桥板最大形变为5.7453mm，形变满足设计规范。因此钢栈桥板满足60t混凝土运输车通行的设计要求。

（2）25kPa施工荷载作用在钢栈桥板时验算。25kPa施工荷载作用在钢栈桥板，此时钢栈桥板最大正应力167.01MPa、最大剪应力45.474MPa，钢栈桥板最大形变为5.4773mm，形变满足设计规范。因此钢栈桥板满足60t混凝土运输车通行的设计要求。

3 装配式钢栈桥板经济性与安全性评估

3.1 经济性分析

首先从成本角度来分析，钢栈桥板在生产和安装过程中的经济优势主要体现在材料、人工和时间成本的节约上。

本项目使用钢筋混凝土内支撑与装配式钢栈桥板的组合支撑体系，施工过程中总计使用混凝土13209.62m3，钢筋2585.515t，模板45430m2，总计造价为3936.85万元。使用装配式钢栈桥板代替现浇式钢筋混凝土栈桥板可节约混凝土2980.17m3，钢筋599.78t，模板892m 2 ，钢栈桥板6165m2累计节约成本约650万元，降低16.51%左右的成本。在具体数据上，采用装配式钢栈桥板的基坑工程整体成本可比传统现浇方法节约10%~15%。这主要得益于材料成本的降低、施工效率的提高以及管理费用的减少。

钢栈桥板尺寸和形状的标准化，可以大幅提高安装效率，从而缩短工期。对本工程案例统计，本基坑工程采用装配式钢栈桥板施工，工期总计76d，若使用传统现浇钢筋混凝土栈桥板施工，预计工期总计93d，可累计缩短工期24%。根据对其他基坑工程案例的统计，采用装配式钢栈桥板施工可比传统现浇方法平均缩短工期20%~30%。在人工成本日益上涨的背景下，缩短工期意味着显著降低劳动力投入，从而减少项目总体成本。

另外，装配式钢栈桥板的使用还能减少对环境的影响，这在经济分析中也是一个不可忽视的因素。传统的现场浇筑工艺通常伴随着大量的建筑垃圾、扬尘以及二氧化碳，这不仅对周边环境造成污染，还可能导致相关环保费用的增加。而装配式钢栈桥板的生产可以在封闭的工厂环境中进行，有效减少了噪声和粉尘。此外，在后期拆除内支撑时，相较于拆除钢筋混凝土栈桥板需要进行破碎、切割、废料运输等多项流程，钢栈桥板拆除过程中不会产生额外的施工垃圾，减少了施工噪声与粉尘，进一步减轻了工程对环境的影响，降低了可能产生的环境成本。

在节能减排方面，本项目使用装配式钢栈桥板与钢筋混凝土组合支护结构，其中钢栈桥板总计使用6165m2，生产阶段碳排放总量为1089.57t。

相比之下，面积与厚度相同情况下的现浇钢筋混凝土栈桥板及预制钢筋混凝土栈桥板生产阶段碳排放总量均大于钢栈桥板，因此装配式钢栈桥板最适合本项目进行施工，计算结果见表4。

表4 不同类型栈桥生产阶段碳排放对比    tCO ₂

   

考虑到材料生产、运输、周转及耗材等各方因素，装配式钢栈桥板施工过程中的碳排放量仅为现浇钢筋混凝土栈桥的56.58%，甚至比预制钢筋混凝土栈桥板还要少474.26t，将绿色建造施工理念落到了实处。 除了直接的经济效益，装配式钢栈桥板还带来了间接的经济效益。例如，装配式钢栈桥板的快速安装减少了基坑开挖后对周边建筑物和交通的影响。在城市紧凑区域的基坑工程中，能够迅速完成搭建，减少了对周边环境的干扰，这在维护城市正常运行和减少社会成本方面具有积极意义。

3.2 安全性评估

装配式钢栈桥板在基坑工程中的安全性评估是一个系统性的工程，需要从设计、材料选择、施工过程、使用环境以及定期检查与维护等多个方面进行综合考量。通过采取科学合理的措施，可以最大限度地降低安全风险，确保工程的顺利进行和施工人员的安全。

装配式钢栈桥板安装过程中最重要的环节是吊装，需要确保板件在运输和安装过程中不发生破损和变形。为此需要从人员管理、机械管理、塔式起重机操作规范等多个方面进行管控。

安装过程中应安排专职安全员进行现场安全监管，严格要求工人遵守操作规程，定期对吊装设备进行检查和维护，避免设备故障导致的安全事故。同时，施工人员应接受专业培训，了解栈桥板的特性和安装要点，确保在各个施工阶段都能采取适当的安全措施。

在使用环境方面，需要对基坑工程所处的自然条件进行全面评估。例如，考虑地质条件、气候变化、水文情况等因素，评估可能对栈桥板稳定性产生影响的外界条件。

有些地区出现地震、洪水或强风等自然灾害的概率较高，因此在设计和施工过程中需要考虑这些极端工况的影响。通过对这些潜在风险的分析，可以采取相应的预防措施，如加固栈桥板结构、提高连接件的强度等。

进行定期的检查和维护是确保装配式钢栈桥板长期安全运行的重要措施。应制订详细的检查和维护计划，对栈桥板进行定期的视觉检查和结构检测，及时发现裂缝、变形或腐蚀等潜在的安全隐患。此外，还应对栈桥板的使用情况进行监测，记录荷载变化和环境条件，以便及时调整维护策略。

4 结束语

本研究对装配式钢栈桥板在基坑工程中混凝土栈桥施工中的应用进行了细致的探讨和分析，相较于传统施工方法，装配式钢栈桥板不仅能够在保障基坑工程质量的前提下有效缩短工期、降低成本，而且能够减少对环境的不利影响。

通过案例分析和模拟试验，本研究提出的装配式钢栈桥板优化应用方案为基坑施工提供了有益的实践指导和参考。

然而，研究也存在一定局限性，例如在不同地区的土质差异、气候变化对装配式钢栈桥板的适应性评价方面，还需要进一步的深入研究和大量数据支持。另外，基坑工程作为城市建设的复杂工程之一，对施工方案的制订和执行均有较高要求，因此，还需结合装配式钢栈桥板实际施工过程中出现的新问题，不断完善其设计和优化其施工流程。

未来研究的重点应放在进一步丰富装配式钢栈桥板适应性的评估体系、深化对其长期使用下的性能稳定性分析，以及扩大其在更广泛的工程类型中的应用。同时，与信息化技术如BIM、ANSYS相结合的研究，将有助于进一步提升装配式钢栈桥板在基坑工程施工中的管理水平。

综上所述，装配式钢栈桥板无疑是现代城市基础设施建设中具有发展前景的一种新型工程材料，期望能够对同行的进一步研究和工程实践提供借鉴和推广的基础。