華發(fā)藝術(shù)館深基坑出土方案設(shè)計

王子陵

【摘要】本文以珠海華發(fā)藝術(shù)館深基坑出土方案為例，通過對各種出土方案的研究和對比，確定相對合理的鋼棧橋出土方案。

【關(guān)鍵詞】深基坑；內(nèi)支撐；出土方案；棧橋；鋼棧橋

0引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展和土地資源的日益緊缺，出現(xiàn)了越來越多的深基坑工程。深基坑的支護(hù)形式一般根據(jù)該基坑的地質(zhì)情況，基坑的深度、大小、形狀，該基坑所處的地理位置和周邊的情況等因素而選擇不同的支護(hù)形式。對整個深基坑施工工期而言，深基坑的土方開挖外運和內(nèi)支撐系統(tǒng)（如內(nèi)支撐梁或錨桿）施工一般均為穿插進(jìn)行，因此其施工工期占整個深基坑施工工期的比例一般均較大，可達(dá)到60～80%的比例。因此，對于深基坑的土方工程，土方開挖和外運（出土）方案將顯得尤為重要，能否根據(jù)該深基坑不同的支護(hù)形式而選擇最為合理的開挖和外運方案，將直接關(guān)系到整個深基坑施工的成敗。

1工程概況

華發(fā)藝術(shù)館深基坑位于珠海拱北口岸附近，交通極為繁忙的城市中心地段。該基坑北接情侶南路和昌盛路，南鄰邊防站，西鄰拱北口岸，東面臨海?；用娣e為14358㎡，基坑深度為17.9m，其中最深（電梯井處）為19.9m?；又ёo(hù)方案為1000mm厚地下連續(xù)墻加三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，連續(xù)墻的入土深度控制為有效墻底應(yīng)滿足墻底進(jìn)入坑底不少于10m，穿過淤泥且進(jìn)入粘土層、砂層不小于6m的標(biāo)準(zhǔn)雙控。基坑典型剖面圖：

2地質(zhì)情況

場地上覆人工填土，其下為淤泥、礫砂、粘土及淤泥質(zhì)粘土，砂質(zhì)粘性土，下伏花崗巖風(fēng)化帶。場地地基土（巖）土性及分層情況：人工填土（1）：主要由粘性土、水泥塊、碎磚塊、石英砂粒組成，局部含少量植物根莖以及較大石塊等雜質(zhì)。厚度6.60m，平均標(biāo)高5.21m；淤泥（2-1）：深灰、灰黑色，呈飽和、流塑。厚度2.14m，平均標(biāo)高-1.06；礫砂（2-2）：灰黃、灰白等色，飽和，稍密～中密狀態(tài)。厚度3.76m，平均標(biāo)高-3.05m；粘土（2-3），褐黃色、褐紅色、深灰色、灰白色，可塑～硬塑。厚度4.81m，平均標(biāo)高-6.73m；淤泥質(zhì)粘土（2-4），深灰、灰黑色，呈飽和、流塑～軟塑。厚度3.69m，平均標(biāo)高-10.17m；粘土（2-5），褐黃色、褐紅色、深灰色、灰白色，可塑～硬塑。厚度11.53m，平均標(biāo)高-13.87m；礫砂（2-6）：灰黃、灰白等色，飽和，稍密～中密狀態(tài)。厚度9.53m，平均標(biāo)高-19.13m

3出土方施工難點分析

華發(fā)藝術(shù)館深基坑出土難度很大，基坑出土所受的制約因素非常多，其主要有如下幾個：

（1）地處繁華地段，交通運輸難度大。基坑北接情侶南路和昌盛路，南鄰邊防站，西鄰拱北口岸和輕軌拱北站，東面臨海，處于珠海拱北的交通樞紐地帶和旅游觀光重點地段，只有一條運輸通道，同時與港珠澳大橋連接段施工方中鐵十八局共用，出土?xí)r間重疊。每天出土?xí)r間只有晚上10時至第二天凌晨6時。由于本基坑范圍屬于邊防轄區(qū)，交通管制嚴(yán)格，出土難度非常大。

（2）雨季雨量大，持續(xù)時間長，對現(xiàn)場施工影響大。從對珠海天氣情況的統(tǒng)計，年平均雷暴日數(shù)為64.2天，年平均雨天數(shù)統(tǒng)計在90-100天。由于雨天受基坑出土道路、市政主干道、棄土場等各方面影響的原因，基坑無法出土。

（3）地質(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，且支護(hù)樁和工程樁施工完畢后，空樁段的淤泥和泥漿非常多。據(jù)地勘報告可知，基坑土質(zhì)有填土、淤泥、礫砂、淤泥質(zhì)粘土及粘土幾種土質(zhì)交相布置，而對土方開挖和運輸?shù)挠绊戄^大的土質(zhì)主要為基坑內(nèi)呈流塑～軟塑狀淤泥、淤泥質(zhì)粘土和空樁段的泥漿。

（4）施工場地狹小，基坑深，內(nèi)支撐系統(tǒng)的施工對土方的影響大?；用娣e為14358㎡，而基坑開挖深度為17.9m，局部達(dá)20m，基坑內(nèi)為三道鋼筋砼內(nèi)支撐系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計和規(guī)范要求，基坑土方必須先撐后挖，每層土方的開挖必須待整道內(nèi)支撐系統(tǒng)施工完畢且砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求的80%后方可進(jìn)行，并且支撐內(nèi)和支撐下土方的開挖艱難，因此對整個基坑的土方開挖和外運影響非常大。

4基坑土方開挖方案的利弊分析及選擇

本工程的基坑土方主要分為四層，根據(jù)基坑土方施工的特點和難點，基坑的出土方案主要有四種可供選擇，該四種出土方案具體如下：

第一種出土方案為土坡道路的出土方案。從兩個內(nèi)支撐環(huán)和基坑邊相切的位置作為出土口設(shè)置出土坡道，根據(jù)實際經(jīng)驗，土坡道路寬度設(shè)置為11米（雙向車道），坡道夾角為8°（坡度為14°），土坡道路兩邊按1：1.5進(jìn)行放坡，以保證土坡道路邊坡穩(wěn)定。優(yōu)點：①出土措施費用相對較低；②兩個出土口每天（非雨天）的出土量相對穩(wěn)定。缺點：①第三道內(nèi)支撐系統(tǒng)施工對道路的影響大，需二次挖填處理，費用大，工期長；②雨天對土方坡道影響大，出土受很大影響，且需要多次修鋪道路，費用大；③土方道路不能到基坑底，第四層土方需挖機(jī)多次倒運，出土速度慢；④由于土方道路兩邊放坡大，土方道路收尾量約5.8萬m3，最后的道路土方挖除速度慢、工期長，預(yù)計挖除需要80-90天，費用高。

第二種出土方案為安裝兩座短棧橋的出土方案。兩座短棧橋的安裝位置即為土坡道路的位置，棧橋?qū)挾葹?米（單向車道），棧橋坡道夾角為8°（坡度為14°），棧橋長度伸至基坑中部，棧橋做法為采用貝雷架組裝而成的鋼棧橋。由于棧橋不能到基坑底部，棧橋端部采取堆筑土臺與棧橋相連。優(yōu)點：①消除第三道內(nèi)支撐系統(tǒng)施工對土方道路的影響；②與第一種方案相比，能有效減少道路土方的數(shù)量，縮短土方道路的挖除時間；③可減小雨天對土方施工的影響，出土效率有較大的保障。缺點：①棧橋費用約160萬；②棧橋不能到基坑底部，第四層土方需挖機(jī)多次倒運，出土速度慢；施工成本高；③仍存在道路出土挖除的工序，兩側(cè)支撐環(huán)環(huán)內(nèi)收尾土方道路量約2.4萬m3，預(yù)計挖除需要時間30-40天。

第三種出土方案為安裝一座短棧橋的出土方案。該座棧橋安裝在北側(cè)支撐環(huán)出土口位置，棧橋?qū)挾葹?米（單向車道），棧橋坡道夾角為8°（坡度為14°），棧橋長度伸至基坑中部。南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)為土坡道路，土坡道路寬度為11米（雙向車道），坡道夾角為8°（坡度為14°）。優(yōu)點：①基本消除第三道內(nèi)支撐施工時對土方運輸?shù)缆返挠绊?；②措施費用相對較低；③可減小雨天對土方施工的影響，出土效率有較大的保障。缺點：①棧橋費用約90萬；②第三層土方完畢后，南側(cè)支撐環(huán)處土方道路大部分需從北側(cè)棧橋出土，占用工期較長；③棧橋不能到基坑底部，第四層土方需挖機(jī)多次倒運，出土速度慢；施工成本高。

④北側(cè)支撐環(huán)處收尾土方道路量約1.2萬m3，預(yù)計挖除需要時間20-25天。

第四種出土方案為安裝一座直接到基坑底部的棧橋，同時前期南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)設(shè)置一條土坡道路輔助出土。棧橋位置從基坑北側(cè)向南延伸至基坑底部，棧橋?qū)挾葹?米（雙向車道），棧橋坡道夾角為10°（坡度為近18°）。南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)土坡道路寬度為11米（雙向車道），坡道夾角為8°（坡度為14°）。優(yōu)點：①內(nèi)支撐施工時，不需要二次挖填土方運輸?shù)缆罚涌焓┕みM(jìn)度和節(jié)約二次挖填道路的成本與費用；②消除收尾土方道路的影響，有效加快土方施工進(jìn)度；③可大大減小雨天對基坑土方施工的影響，有效縮短基坑土方施工的工期。缺點：①棧橋費用較大，約240萬；②受外界運輸條件的影響，基坑無法全天24小時出土，棧橋不能100%發(fā)揮其功效；③第四層土方需要在基坑底部大范圍轉(zhuǎn)運，具有一定的施工難度。

通過對以上幾種出土方案的優(yōu)缺點比較，綜合平衡造價與工期的關(guān)系，經(jīng)幾次技術(shù)、成本、工期的論證，認(rèn)為采用第四種出土方案較為合理，因此最終確定采用第四種出土方案。

5出土鋼棧橋的設(shè)計

基坑棧橋分為兩段，即棧橋一和棧橋二，棧橋一從基坑北側(cè)向南以10°斜坡夾角通至第三道內(nèi)支撐的平臺，經(jīng)平臺過渡至棧橋二，棧橋二以6°的斜坡夾角通至基坑底部，棧橋二端部采用2米高的填土坡道過渡至基坑底部。棧橋兩側(cè)及其下方的土方，采取邊開挖邊修簡易道路的方式進(jìn)行挖運。棧橋總長度為99米，橋面寬8.0m，橋面板采用6mm厚花紋鋼板，雙車道行駛，棧橋最大跨度為12米。棧橋用貝雷梁作承重梁，每片間距按0.9m布置，立柱采用單排鋼管樁柱，每排四根鋼管柱，鋼管柱橫橋向間距2.1米，鋼管柱型號為Φ630×10mm，鋼管樁柱最大樁長30m，澆筑第一道支撐時完成鋼管樁施工，鋼管樁深入坑底約12m，坑底以上懸臂約18米，采用兩道聯(lián)結(jié)系連接，保證鋼管樁自由長度為5m。棧橋整體側(cè)立面詳見下圖。

棧橋斷面詳圖如下：

6棧橋出土效果分析

6.1棧橋?qū)映鐾列Ч姆治?/p>

采用第四種棧橋出土方案時，對于第一層土方出土（開挖深度至2.1m）和第二層土方出土（開挖深度至8.6m）的作用效果相對較小。在該兩層土方開挖時，南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)修鋪一條臨時的土方道路，與北側(cè)的棧橋一起，加快基坑土方的開挖和外運進(jìn)度。

第三層與第四層土方出土?xí)r，棧橋兩側(cè)及其下方的土方，采取邊開挖邊修簡易道路的方式通過棧橋進(jìn)行挖運。

6.2從氣象方面對基坑出土效果的分析

根據(jù)氣象條件可知，珠海地區(qū)降雨量非常豐富，介于1700～2200mm之間，年平均降雨量為1993.70mm，夏季多受臺風(fēng)影響，暴雨、大風(fēng)天氣也比較多，并且根據(jù)對珠海地區(qū)近兩年的雨天數(shù)統(tǒng)計，珠海全年的雨天達(dá)80～90天。因此，雨天對基坑出土的影響非常大。

對于土方運輸?shù)缆罚捎谟晁畬ν馏w的浸泡和沖刷，土方道路易出現(xiàn)松軟、打滑，甚至可能出現(xiàn)塌方的情況，必須待天晴后2～3天，對土方道路重新修鋪后方可行車。而對于棧橋，則不存在此情況，雨停后在允許出土的情況下即可以直接出土，且道路不需要多次修鋪，使整個項目的成本和基坑土方的施工工期都能得到很好的控制。

7結(jié)束語

從對華發(fā)藝術(shù)館深基坑的出土方案研究可知，對于基坑開挖深度深，且基坑支護(hù)形式采用內(nèi)支撐系統(tǒng)的基坑，選用棧橋出土的方案對整個基坑土方的施工成本、工期均有良好的效果。同時，由于深基坑施工的核心內(nèi)容為基坑的出土，因此在前期深基坑支護(hù)設(shè)計過程中，可提前對基坑的出土方案進(jìn)行多方案的比較，確定最優(yōu)的出土方案，然后再根據(jù)基坑的出土方案對基坑支撐系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或更改，以確?；油练绞┕さ捻樌桶踩?，節(jié)約施工成本和費用，縮短整個項目的工期。

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