深基坑出土螺旋棧橋的設(shè)計及施工

覃敏寧 彭士俊 唐 鋒 劉 輝 朱國勝 李厚波 鄒修勇

中國建筑第八工程局有限公司南方公司深圳分公司 廣東 深圳 518048

深基坑是建筑工程施工中的一個難點和重點，一般常規(guī)的施工方案是利用既有土方留設(shè)土坡道作為出土通道。

當(dāng)前已有多位學(xué)者對深基坑采用螺旋棧橋出土的方式進(jìn)行了研究和探討。王雨澇[1]對寧波站深基坑施工中便橋立柱的隆沉研究進(jìn)行深入剖析，嚴(yán)峰[2]對鋼便橋在深基坑施工中的綜合應(yīng)用進(jìn)行了分析及闡述，曹景全[3]對半順半逆及鋼便橋土方開挖綜合施工技術(shù)臨時棧橋措施在深基坑中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。這些研究從多方面探討了特殊施工條件下的深基坑采用特殊措施進(jìn)行施工的方法應(yīng)用實例。

背景工程基坑深度大于30 m，但因周邊條件限制，施工空間非常狹小，無法采用直線坡道進(jìn)入基坑出土。為此，采用了螺旋式棧橋進(jìn)入基坑中對土方進(jìn)行開挖作業(yè)。

下文將就如何設(shè)計螺旋棧橋和施工方法進(jìn)行論述。

1 螺旋式棧橋概述

常規(guī)地下室出土方式是修筑直線出土坡道，并在后期對坡道進(jìn)行挖除，該方式導(dǎo)致基坑施工的工期往往較長。另外，對于深基坑來說，超長臂挖掘機的挖土深度只能達(dá)到16.7 m左右，無法滿足直接出土的要求。在這種情況下，如果變換常規(guī)思維，采用邊下挖邊修筑螺旋式棧橋的方式進(jìn)入基坑，那么運土車可直接開到基坑中裝土外拉，從而在根本上降低土方開挖成本，提高出土效率[4-6]。

通過設(shè)置沿支撐圓環(huán)梁內(nèi)側(cè)螺旋下行的弧形棧橋，使車輛可以從棧橋進(jìn)入基坑內(nèi)，實現(xiàn)挖土點直接裝土，減少土方倒運距離，提高了土方裝運效率。

車輛進(jìn)入坑底后，可以按照中心島開挖方式組織挖土，該方式效率高、挖土成本低。棧橋與水平支撐間設(shè)置活動連接裝置，與支撐相互獨立，不會引起內(nèi)支撐體系受力變化。

螺旋式棧橋造價較高，但如果考慮到可提高土方挖運效率、加快工期這一因素，土方挖運單價會降低。

2 工程概況

背景工程基坑深度最深處達(dá)到33.05 m，因核心圓筒半徑35 m，內(nèi)部空間狹窄，為滿足渣土車的正常行駛要求，采用螺旋式棧橋，結(jié)合工程樁，共設(shè)有42根立柱樁。棧橋?qū)? m，長164 m，設(shè)計坡度1∶8，圓環(huán)內(nèi)側(cè)有1 m的寬度為非機動車人行道。

3 棧橋設(shè)計

3.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計載荷：供限載50 t渣土車以及其他在限載內(nèi)的車輛通行。要求棧橋在通車時，同時在橋面上的滿載車輛及空載車輛均不超過2輛，空載車輛不超且不位于同一跨度內(nèi)。棧橋設(shè)計速度5 km/h，設(shè)計計算動載系數(shù)45 kN/m2。

3.2 棧橋總體設(shè)計

棧橋采用樁基+鋼格構(gòu)+鋼構(gòu)造體系+混凝土橋板結(jié)構(gòu)，螺旋棧橋設(shè)在群樓圓環(huán)（左環(huán)）支撐內(nèi)側(cè)，起點-2.15 m，向地下-27.15 m螺旋延伸，支撐結(jié)構(gòu)為角鋼格構(gòu)式鋼柱，橋面采用混凝土梁板結(jié)構(gòu)，主梁800 mm×800 mm，次梁600 mm×500 mm。棧橋橋面寬9 m，混凝土樓板厚度300 mm，其中圓環(huán)內(nèi)側(cè)非機動車人行道外側(cè)設(shè)高1.2 m欄桿。棧橋頂部同第1道內(nèi)支撐混凝土面層（出土平臺）平齊，方便車輛行駛，此處內(nèi)支撐框架梁上樓板厚度300 mm（圖1）。

圖1 螺旋棧橋三維示意

根據(jù)土方開挖分步圖，分段施工螺旋棧橋梁板結(jié)構(gòu)，隨基坑土方開挖，棧橋立柱之間及時焊裝斜撐及剪刀撐。在分段接長施工時，為確保車輛進(jìn)入基坑，在螺旋棧橋側(cè)面填臨時土坡，保證車輛可以正常通行。對撐下需保證車輛行走的空間凈高，確保車輛進(jìn)入塔樓一側(cè)環(huán)梁內(nèi)區(qū)域運土。棧橋需進(jìn)行設(shè)計計算，根據(jù)計算結(jié)果，嚴(yán)格控制最不利工況下出現(xiàn)的超載行為。棧橋兩側(cè)應(yīng)設(shè)置高度不小于300 mm的鋼筋混凝土欄板及臨邊防護欄，以保證通行安全。

3.3 棧橋立柱

鋼格構(gòu)柱使用480 mm×480 mm的角鋼格構(gòu)柱，角鋼規(guī)格為180 mm×18 mm，綴板使用的440 mm× 300 mm×12 mm的鋼板。

3.4 棧橋水平鋼撐及剪刀撐

棧橋水平鋼撐及剪刀撐布置內(nèi)環(huán)與外環(huán)做法相同，且內(nèi)外環(huán)鋼柱之間在水平鋼支撐處相接。水平連系梁采用20b#槽鋼，剪刀撐采用25b#槽鋼。

3.5 棧橋面層

棧橋橋面做法：棧橋橋面主梁規(guī)格為800 mm× 800 mm，次梁規(guī)格為500 mm×600 mm，棧橋板厚300 mm，混凝土強度等級C30。

棧橋橋面施工段劃分為5個施工段，分別為ZQ1、ZQ2、ZQ3、ZQ4、ZQ5，水平鋼支撐隨土方開挖進(jìn)度保持同步，可劃分為H1、H2、H3共3段（圖2）。其施工順序如下：ZQ1→ZQ2→ZQ3→ZQ4→ZQ5。

圖2 棧橋分段施工示意

4 棧橋施工方法與工藝

4.1 棧橋及鋼立柱的施工工藝流程

棧橋的施工流程為：施工準(zhǔn)備→棧道鉆孔灌注樁及格構(gòu)柱施工→-7.41～-2.50 m段棧道施工→-12.67～ -7.41 m段棧道施工→-17.93～-12.67 m段棧道施工→-23.20～-17.93 m段棧道施工→-27.15～-23.40 m段棧道施工→過程驗收測量監(jiān)控→棧道拆除→清理移交。

鋼立柱施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→樁位測量放線定位→樁位開挖、護筒埋設(shè)→旋挖機安裝就位→開挖成孔→一次清孔→鋼筋籠吊放→鋼筋籠剩余3.0 m時，井口固定→格構(gòu)柱吊裝→格構(gòu)柱位置及垂直度檢查→格構(gòu)柱與鋼筋籠焊接→格構(gòu)柱與樁交界處箍筋綁扎。

混凝土澆筑工藝流程為：下導(dǎo)管→混凝土澆筑→提升導(dǎo)管→拔出護筒→施工結(jié)束。

4.2 棧橋模板工程

棧橋采用厚18 mm普通九夾板作為模板進(jìn)行澆筑，其模板加固如圖3所示：

圖3 棧橋模板加固示意

4.3 棧橋鋼筋工程

由于分段施工，鋼筋連接接頭應(yīng)設(shè)在與支點距離為棧橋?qū)挾鹊?/3處，焊接接頭應(yīng)相互錯開，鋼筋焊接接頭連接區(qū)段的長度為鋼筋直徑的35倍。其余同內(nèi)支撐鋼筋工程施工方法。

4.4 棧橋混凝土工程

棧橋混凝土強度等級為C30，因分段施工，因此在施工時要留設(shè)施工縫，留設(shè)施工縫處用鋼絲網(wǎng)綁好，待混凝土澆筑完畢，強度達(dá)到要求后，將施工縫處鋼絲網(wǎng)拆除并鑿除浮漿和松散石子。棧橋橋面在澆筑混凝土?xí)r，橫向預(yù)埋φ10 mm的HRB400熱軋螺紋鋼。

5 棧橋使用說明

螺旋棧橋及出土平臺施工完成后注意進(jìn)行養(yǎng)護，混凝土強度未達(dá)到設(shè)計強度的95%不可通車。正式作業(yè)前還必須進(jìn)行荷載試驗，荷載試驗按以下方法進(jìn)行：

1）在螺旋棧橋上進(jìn)行靜載試驗，在棧橋每個施工段中選著某一跨堆放試驗，荷載標(biāo)準(zhǔn)為65 t（可以堆放材料配重或者樁基靜載度驗水泥塊等）。靜載試驗時間為48 h，檢查梁板未出現(xiàn)貫通裂紋，樁基累計沉降量不大于2 mm，表明荷載試驗成功，棧橋可以正常使用。

2）螺旋棧橋進(jìn)行車輛通行試驗。按空車、半載、滿載（整車質(zhì)量不得超過50 t）3種荷載模式進(jìn)行通行試驗，每種荷載模式下至少進(jìn)行3次通行試驗，車速控制在5 km/h（約2 min通過）。3種荷載模式試驗完畢，棧橋梁板無貫通裂紋，樁基沉降觀測沒問題后，則可以正常使用。

3）螺旋棧橋機械荷載規(guī)定：僅供限載50 t的渣土車以及其他在限載內(nèi)的車輛通行，要求棧橋在通車的同時，在橋面上的滿載車輛及空載車輛均不超過2輛且不位于同一跨度內(nèi)，且最好避開在鄰跨內(nèi)。

4）在任何情況下，都不允許進(jìn)入螺旋棧橋滿載的運土車輛在棧橋上從挖土機械旁邊經(jīng)過，也不允許運土車輛與挖土機械位于同一跨等待裝車。

5）螺旋棧橋邊緣滿設(shè)高1.2 m安全防護欄桿，因挖土需要臨時拆除的，在挖土機械完成作業(yè)后，應(yīng)及時恢復(fù)。挖土機械在出土平臺工作期間，平臺上嚴(yán)禁上人。

6）螺旋棧橋及出土平臺口懸掛警示牌，警示牌中標(biāo)明機械及車輛限載載重、限速（5 km/h）以及安全操作規(guī)程等。

7）若在第1道內(nèi)支撐出土平臺堆放施工材料，堆放材料質(zhì)量不大于1 000 kg/m2。螺旋棧橋為車輛通行道路，未經(jīng)允許禁止在螺旋棧橋上堆放施工材料以及雜物。

8）運土汽車必須嚴(yán)格遵守交通規(guī)則，出入口處慢速行駛，服從現(xiàn)場有關(guān)人員指揮。

9）運土車輛在棧橋上行駛時，應(yīng)盡量在中線行駛，會車時，滿載車優(yōu)先行駛，其他車輛注意避讓。

10）螺旋棧橋上行駛的車輛禁止超車，如果滿載車要會車，下橋車需確認(rèn)無上橋的滿載車輛時，方能行駛。

11）夜間施工要配備足夠的照明設(shè)備，螺旋棧橋上散落的渣土及雜物等每天都要及時清理。

6 結(jié)語

本文所述的方法適用于深度大于30 m的深基坑以及周邊空間狹小情況，在施工過程中應(yīng)動態(tài)調(diào)整施工方案，盡量減少整橋排車以減少棧橋的疲勞。加強對棧橋的測量觀測記錄，在保證施工安全的同時使棧橋高效發(fā)揮自身作用，提高使用率和增加經(jīng)濟效益。在有限的深基坑內(nèi)搭建臨時螺旋棧橋，提高了施工效率，保證了日出土量，縮短工期。挖掘機及運輸車能直接進(jìn)入基坑內(nèi)作業(yè)，減少土方倒運，實現(xiàn)機械配合挖土與運土作業(yè)。

1）通過采用樁基+鋼格構(gòu)+鋼構(gòu)造體系+混凝土橋板結(jié)構(gòu)的棧橋出土方式，很好地保證了施工的安全性。

2）通過設(shè)置沿支撐圓環(huán)梁內(nèi)側(cè)螺旋下行的弧形棧橋，使車輛可以從棧橋進(jìn)入基坑內(nèi)，實現(xiàn)挖土點直接裝土，減少土方倒運距離，提高了土方裝運效率，縮短了出土工期，取得較好的經(jīng)濟效益。

3）在實施過程中，按基坑深度邊挖土邊修筑棧橋，應(yīng)對棧橋進(jìn)行實時監(jiān)測，觀察其沉降、水平位移的變化以及基坑周邊地表的變化情況?？刂瞥鐾淋囕v的車速，確保因車輛行駛而產(chǎn)生的離心力，使螺旋棧橋的水平位移變化在可控范圍內(nèi)。

4）棧橋混凝土橋板應(yīng)加設(shè)鋼筋條防滑措施，以增大車輪與橋面的摩擦力，保證出土車輛的行車安全性。復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下深基坑出土通道的方案研究應(yīng)認(rèn)真分析比較，采用該方式是不錯的選擇之一，可為類似工程提供參考。