混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁对比分析

混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁对比分析

胡腾元,李鑫,杜军,李聪,温宏宇

（中建八局西南公司，四川 成都 610041）

[摘要] 腰梁作为土方工程中的一种常见支护形式，有多种材料可供选择，其中包括混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁。本论文通过对混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁进行对比分析，从技术、经济和环保等方面进行综合评价，以期为土方工程中的支护设计提供参考。

[关键词] 混凝土腰梁，双拼工字钢支护桩腰梁，对比分析，技术，经济，环保

0引言

在土方工程中，为了保障施工安全和工程质量，常常需要采取支护措施。腰梁作为一种常见的支护形式，既能够支撑土方，又能够分担土方对支护结构的荷载，具有广泛的应用。在腰梁的材料选择上，传统的混凝土腰梁和近年来兴起的双拼工字钢支护桩腰梁都具有各自的优点和适用范围。

本论文将对这两种腰梁形式进行对比分析，探讨其技术、经济和环保等方面的异同点，为土方工程中的支护设计提供参考。

1 混凝土腰梁

混凝土腰梁是一种常见的土方工程支护形式，其主要由混凝土浇筑而成。

通常包括以下几个主要施工步骤：

1、基础准备：首先需要对腰梁的基础进行准备工作，包括清理施工区域、打桩或挖槽、布置钢筋等。 确保基础平整、牢固，并满足设计要求。

2、腰梁底模安装：根据设计要求，安装腰梁的底模板，用于确保腰梁底部观感符合要求。

3、钢筋布置及模板加固：在模板安装好后，根据设计要求进行钢筋的布置。钢筋通常采用预制钢筋进行加工和定制，然后按照设计图纸进行布置，以满足混凝土腰梁的强度和承载能力。完成布置后进行腰梁模板加固措施，确保腰梁后续成型质量。

4、混凝土浇筑：在模板和钢筋布置完成后，进行混凝土的浇筑工作。混凝土可以通过搅拌站提供，然后使用泵车或人工倒入模板中，确保浇筑均匀、密实。

5、养护：完成表面处理后，对混凝土腰梁进行养护。 养护过程中，需要保持适宜的湿度和温度，以促进混凝土的硬化和强度发展。

2 双拼工字钢支护桩腰梁

双拼工字钢支护桩腰梁是一种近年来逐渐应用于土方工程中的新型支护形式，其主要由工字钢和混凝土组成。主要施工步骤如下：

1、基础准备：首先需要对工字钢腰梁的基础进行准备工作，包括清理施工区域、并确保基础平整、压实。

2、钢腰梁制作：根据设计要求，预先加工和制作工字钢腰梁。 工字钢腰梁可以采用焊接工艺进行制作，确保腰梁的尺寸和形状符合设计要求。

3、腰梁安装：使用起重设备将预制的工字钢腰梁安装到设计位置上。 根据设计要求，腰梁可以通过焊接或螺栓连接方式与支护桩固定，确保腰梁的稳定性和牢固性。

4、腰梁缝隙混凝土填充：在钢腰梁安装完成后，对腰梁与支护桩间的间隙，采用混凝土进行填充，确保在锚索张拉时的预应力保持。

工字钢支护桩腰梁具有以下优点。

1、抗弯承载能力强：工字钢具有较高的抗弯承载能力，可以有效地抵抗土方对腰梁的弯曲荷载，能够提供较大的抗弯刚度和稳定性；

2、施工速度快：双拼工字钢支护桩腰梁的制作和安装相对简便，施工速度较快，有利于加快施工进度；

3、可重复使用：工字钢可以进行多次使用，减少了资源浪费和环境污染，具有一定的经济和环保优势；

3各方面对比分析

3.1 技术方面

1、承载能力对比：

混凝土腰梁的承载能力通常较为稳定，但受限于混凝土的强度和设计参数，可能在某些情况下需要加大截面尺寸以满足承载要求。而双拼工字钢支护桩腰梁由于采用工字钢，其截面形状和尺寸可以灵活调整，可以提供较大的承载能力，特别适用于较大跨度或高荷载的情况。

2、整体稳定性对比：

混凝土腰梁作为一体化的结构，具有较好的整体稳定性，能够对整个支护体系起到良好的加固作用。而双拼工字钢支护桩腰梁由于是由多个工字钢组合而成，其整体稳定性较混凝土腰梁略差，需要合理设计和施工，以确保其稳定性和安全性。

1、施工技术要求对比：

混凝土腰梁需要进行混凝土的浇筑和养护等复杂的施工工艺，对施工技术要求较高，需要掌握混凝土施工和养护的技术要点。而双拼工字钢支护桩腰梁的施工相对简便，仅对工字钢的加工和连接要求较高。

2、抗腐蚀性能对比：

工字钢在长期暴露于土壤水、空气中时容易受到腐蚀，需要采取措施进行防腐处理，而混凝土腰梁则不受腐蚀的问题。

3.2 经济方面

1、使用寿命对比：

混凝土腰梁通常具有较长的使用寿命，可以达到几十年甚至更长。而双拼工字钢支护桩腰梁由于采用钢材作为主要结构材料，可能会受到腐蚀和锈蚀的影响，需要进行定期的维护和防护措施，使用寿命可能较短；

2、空间利用效率对比：

双拼工字钢支护桩腰梁由于采用钢材作为主要结构材料，具有较小的截面尺寸，可以实现较好的空间利用效率。而混凝土腰梁由于混凝土的特性，需要较大的截面尺寸，可能对空间利用效率造成一定限制。

3、造价情况对比：

混凝土腰梁的建造成本通常较低，因为混凝土是常见且相对便宜的建筑材料。双拼工字钢支护桩腰梁的建造成本可能较高，因为钢材价格较为昂贵，同时施工过程中可能需要较为复杂的连接和固定方式；但实际施工过程中可通过租赁工字钢降低相关造价。

4、维护成本对比：

混凝土腰梁在使用过程中通常需要较少的维护成本，因为混凝土材料相对耐久且不易受到腐蚀和腐烂等问题。而双拼工字钢支护桩腰梁由于采用钢材，可能需要定期进行防腐和维护，增加了维护成本。

4 分析对比

1、结构性能对比：可以比较混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁在结构性能方面的差异，如抗弯承载能力、抗剪承载能力、刚度等。通过理论计算、数值模拟或实际试验等方法，对比两种腰梁结构的性能表现，探讨其在不同荷载工况下的应力分布、变形性能、破坏机制等方面的异同。

2、施工工艺对比：可以比较混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁在施工工艺方面的差异，如施工难度、施工周期、施工设备和人力需求等。通过实际工程案例或模拟分析，对比两种腰梁结构在施工过程中的优劣势，探讨其对工程进度、质量和成本的影响。

3、经济效益对比：可以比较混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁在经济效益方面的差异，如施工成本、材料成本、维护成本、使用寿命等。通过成本分析、生命周期评估等方法，对比两种腰梁结构的经济效益，包括初期投资和后期运营成本，探讨其在经济上的优势和劣势。

4、环保可持续性对比：可以比较混凝土腰梁和双拼工字钢支护桩腰梁在环保可持续性方面的差异，如材料资源利用、能源消耗、碳排放等。通过生命周期评估、环境影响评价等方法，对比两种腰梁结构的环保性能，探讨其在环保可持续性方面的优势和劣势。

故结合以上分析对比，须从施工工艺要求、经济效益及环保方面需求确定最终腰梁结构形式。

5 应用前景

现房建工程一般工地的施工时间都不超过三年，其中基坑支护阶段不超过1年，如果使用混凝土腰梁，则工程的基坑支护阶段工期将延长，增加工期成本，且工艺繁琐，无法重复利用腰梁材料，增加工程相关造价；在普遍二至三层地下室结构的基坑支护结构的结构要求不是很高，混凝土腰梁的强度及刚度无法充分利用。

尤其在工地现场施工用地不足情况下，施工钢筋混凝土腰梁，增加了施工现场交通组织以及总平面合理布置的难度。在浇筑混凝土腰梁时，对模板加固要求较高，否则腰梁水平度成型观感易不符合要求。为避免问题发生，通常需要花费更多精力采取措施控制。

以上分析可得出，采用混凝土腰梁存在多种弊端，会对项目工期及造价产生影响。

对比之下，混凝土腰梁，在节能环保、进度、质量、成本、可持续发展上都具有显著优势，在现阶段工程工期成本较高的环境下，可以在房建工程中的灌注桩排桩支护工程中推广使用。