污水管廊内管道支墩优化分析

柴寅博，王伟

（中交隧道工程局有限公司华北分公司，北京 100024）

1 工程概况

为进一步贯彻落实科学发展观，加强绿色市政的建设和管理，推动建设领域“资源节约型，环境友好型”社会建设，结合实际情况，污水管廊成为绿色市政综合管廊的特色。

本项目雪松路、樱花路综合管廊污水舱独立成舱，其中，雪松路污水管廊1 555.4m，樱花路污水管廊长1 760.3m。雪松路、樱花路污水管廊断面均为2.5m（净宽）×2.4m（净高），收容DN600～DN800 污水管道。

2 污水管廊管道支墩工艺

项目污水管廊管道支墩原设计为混凝土支墩，项目拟计划采用钢支墩形式，现将2 种支墩工艺形式进行对比，具体情况如下。

2.1 混凝土支墩

污水管廊内污水管道材质为玻璃钢夹砂管（每节长6m），采用C35 混凝土支墩进行支撑，每节管道设置3 个混凝土支墩，支墩离管道承口距离为400～1 000mm，管道采用扁钢（100mm×5mm）管卡与支撑扯衬（100mm×5mm）垫配合固定（注：参见湖南省建筑设计院，长沙市规划设计院著：《梅溪湖国际新城（二期）地下综合管廊施工图设计》），污水管廊混凝土支墩剖面如图1 所示。

图1 污水管廊混凝土支墩剖面图

施工混凝土支墩时，必须对支墩范围内管廊底板混凝土进行表面处理：将表面凿毛，要求打成麻坑或沟槽，然后清除表面的浮块、碎渣、粉末，并用压力水冲洗干净，如表面凹处有积水，应用抹布吸去，再用丙酮擦净。

支墩底部采用化学植筋与管廊底板固定。植筋应按中华人民共和国行业标准JGJ 145—2013《混凝土结构后锚固技术规程》进行，且应选具有国家权威机构认定的具有相应资质的单位施工。植筋时采用胶的等级为A 级，在满足正常施工条件下，严禁破坏原有结构；对于混凝土保护层受损处，应采用C35 的细石混凝土补好完整。植筋应现场根据JGJ 145—2013《混凝土结构后锚固技术规程》进行质量的检测与验收，植筋施工时不得破坏原已施工的主体结构。

2.2 钢支墩

经项目不断优化，污水管廊管道支墩拟采用钢支墩形式。钢支墩采用10#槽钢与500mm×250mm×10mm 钢板组合，每节污水管道（材料为玻璃钢夹砂管，每节6m）设置3 个钢支墩，支墩离管道承口距离为 400 ～1 000mm，管道采用扁钢（250mm×8mm）管卡与支撑扯衬（250mm×8mm）垫配合固定【1】。钢支墩底部无需进行表面处理，直接采用M14 膨胀螺栓（螺栓材质为Q235B，双螺母）与管廊底板固定即可，污水管廊钢支墩剖面如图2 所示。

图2 污水管廊钢支墩剖面图

3 污水管廊管道混凝土支墩与钢支墩技术对比分析

3.1 混凝土支墩特点

1）混凝土质量难控制：每个污水管廊混凝土支墩的体积较小，平均体积约为0.25m3。商品混凝土按10m3/车计算，每车可浇筑混凝土支墩40 个，且各投料口的间距约200m，混凝土在污水管廊内的水平运距较长，在施工过程中存在混凝土浇筑时间长、实际操作难度大等问题，不利于混凝土支墩的质量控制。

2）底板表面处理影响结构：混凝土支墩按设计要求应锚固于管廊底板，植筋较多，且需先将已施工找平层破除，支墩施工完成后再修补处理，对管廊结构有一定影响。

3）底板植筋专业性较强：支墩底板植筋按设计要求应选具有国家权威机构认定的具有相应资质的单位施工，需要重新进行招标，将严重影响工期。

4）灵活性差：混凝土支墩遇特殊节点位置，不可适当调整支墩平面位置和结构形式，难以控制污水管内底标高按设计标高安装。

3.2 钢支墩特点

1）结构简单：钢支墩采用10#槽钢与500mm×250mm×10mm 钢板组合，简单轻便，方便运输，可在工厂加工，直接到现场进行安装。

2）无需底板表面处理：钢支墩底部采用M14 膨胀螺栓与管廊底板固定，无需对底板进行凿毛处理。

3）灵活性高：钢支墩遇特殊节点位置，可方便调整支墩平面位置和结构形式，准确控制污水管内底标高按设计标高安装。

4）整体形象好：采用钢支墩有利于提高管廊内部的整体形象及美观。

3.3 2 种支墩工艺对比

对上述污水管道混凝土支墩与钢支墩的工艺形式、结构特点等进行总结分析，如表1 所示。

这2 种管道支墩形式从施工工艺、材料、现场效果、施工效率等方面进行对比，钢支墩都有着显著的优势。

3.4 钢支墩稳定性分析

对污水管廊管道钢支墩进行受力验算，以分析支墩的稳定性。

表1 2 种支墩工艺对比表

3.4.1 受力验算说明

污水管廊内支墩间距为3m，管道内径为DN500mm、DN600mm、DN800mm。管材为玻璃钢夹砂管，管材厚度DN800mm 按重力流SN5 000Pa 厚度取13.6mm，本次验算按最大尺寸【2】。

3.4.2 验算式

管道内控面积：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

竖向力：F竖=m水+m管=14.76+1.96=16.72kN

水流及坡度水平力按竖向力50%计算：

膨胀螺栓采用M14×140，

F拔=2 650×9.8=25 970N=25.97kN

安全系数：Fs=F拔/F拉=1.87

式中，A1为管道内控面积，m2；m水为每 3m 管中水体重力，kN；m管为每 3m 管体重力，kN；F竖为竖向力，kN；F平为水平力，kN；h 为钢支墩高度，m；F拉为拉力，kN；F拔为抗拔力，kN；S 为膨胀螺栓截面面积，m2；M 为水平弯矩，kN·m；Fs为安全系数；ρ为水的密度；L 为每节管长，取值3m。

3.4.3 钢支墩理论质量

钢支墩理论质量表如表2 所示。

表2 钢支墩理论质量表

经过上述受力验算分析得知，污水管廊管道钢支墩稳定性满足设计要求。

4 污水管廊管道钢支墩适用性总结

经过污水管道混凝土支墩与钢支墩从施工工艺、材料特点、现场效果、施工效率、经济效益等方面进行对比分析后认为，钢支墩具有显著的优势，而且钢支墩稳定性均满足设计。本项目污水管道采用钢支墩代替混凝土支墩，不仅节省造价、节约工期，还能与管廊更好地融为一体，有利于提高管廊内部的整体形象及美观。

5 结语

通过此次污水管廊内部污水管道支墩优化为钢支墩，很大程度上解决了管廊内管道支墩施工的难题，为管廊能够如期、安全运营奠定了基础，为今后管廊内其他管道支墩施工提供了宝贵经验，很好地发挥了国家建设综合管廊首批试点项目的作用，成为湘江新区重要的展示和形象窗口。