皮帶輸送機在基坑肥槽回填施工中的應用分析

王春橋，伊新東，金雪峰，郭永寧，劉一鋒

（中國建筑一局(集團)有限公司 西北分公司，陜西 西安 710000）

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，建（構(gòu)）筑物的空間布局越來越趨于密集，此類施工項目場地內(nèi)可利用空間被大幅度壓縮，地下室結(jié)構(gòu)邊緣盡可能靠近用地紅線，由此造成地下室外墻、基坑護坡面以及施工場地圍墻相互之間的距離非常近，并使得深基坑肥槽回填作業(yè)區(qū)域狹小，渣土車及挖掘機等機械均無法通行，極大地增加基坑回填作業(yè)施工難度和成本[1-2]，即使?jié)M足作業(yè)空間要求，當滿負荷載的重型車輛在基坑坡頂行駛時，會對未回填完成的基坑周邊土體產(chǎn)生強烈的擾動，對基坑穩(wěn)定性及肥槽內(nèi)作業(yè)人員產(chǎn)生極大的安全隱患。相較于運輸機械設(shè)備，皮帶輸送機具有諸多優(yōu)勢，例如便于操作、輸送能力強、能源消耗小、輸送平穩(wěn)、可實現(xiàn)連續(xù)運輸?shù)?，近年來，皮帶輸送機在港口、物流、工廠等行業(yè)和領(lǐng)域，逐漸得到更加廣泛的普及和應用。

1 皮帶輸送機用于肥槽回填可行性研究

1.1 案例概況

秦都高鐵樞紐換乘中心項目基坑近似正方形，東西向、南北向距離均約260m，基坑周長1 025m，地下室外墻距離護坡面距離為2m，護坡面距離場地圍墻距離為1～3m，基坑設(shè)計標高14.85m。地下室頂板設(shè)計標高396.1m，冠梁頂設(shè)計標高396.0m。地下結(jié)構(gòu)外圍肥槽回填總量約3 萬m3，采用2∶8 灰土進行回填，壓實系數(shù)為0.94。當基槽寬度大于1m 的部位可采用振動壓實機碾壓，碾壓每層鋪土厚度不應大于300mm，每次壓實遍數(shù)3～4 遍，對邊角、轉(zhuǎn)角及寬度小于1m 的部位可采用蛙式打夯機夯實，每層需鋪土厚度為200～250mm，每次壓實遍數(shù)3～4 遍。

1.2 皮帶輸送機的構(gòu)造及原理

皮帶輸送機由輸送皮帶、機架、滾筒、托輥、電動機等部分組成。電動機作為皮帶輸送機的動力源，機架、滾筒、托輥等作為皮帶連續(xù)傳動的載體，輸送皮帶既是承載構(gòu)件也是牽引構(gòu)件，在電動機驅(qū)動作用下，承載于輸送皮帶上的物料從一個地點運輸?shù)搅硪粋€地點。一般而言，卸料部分設(shè)置在皮帶輸送機的端部位置，特殊情況下，可以采用在特定點設(shè)置擋料器的方式實現(xiàn)定點卸料。

由于皮帶在與滾筒摩擦傳動過程中實現(xiàn)循環(huán)往復運動，因此，可以實現(xiàn)連續(xù)不間斷輸送。當設(shè)置皮帶轉(zhuǎn)速為0.5m/s，且考慮物料在皮帶上攤鋪寬度小于皮帶寬度的不利因素，皮帶輸送機的輸送能力可達200m3/h 以上。

1.3 皮帶輸送機的安裝

本工程設(shè)計采用皮帶帶寬600mm，機架整體寬度900mm，使用10#槽鋼作為機架整體骨架梁，用于固定滾筒、托輥，在骨架梁上每隔6～8m設(shè)置一組H 型立柱底座，承受并傳遞皮帶、物料、骨架等全部荷載。為了方便回填作業(yè)，可將皮帶輸送機機架設(shè)置于基坑肥槽正上方，在冠梁頂和地下室頂板面上每間隔6～8m 設(shè)置1 根16#工字鋼，并將輸送機機架立柱與工字鋼固定牢固。

1.4 細節(jié)設(shè)計及優(yōu)化

本工程設(shè)計采用兩段式布置皮帶輸送機，如圖1 所示，A、B 分別為基坑拐角，C 為基坑中部位置，每段皮帶長120m，分別在A 點（或B點）、C 點位置各設(shè)置1 個高臺輸送口，如圖2 所示。第一階段先進行AC 段肥槽回填，之后轉(zhuǎn)移至中間輸送口進行剩余段即CB 段肥槽回填。此方案在皮帶、滾筒等設(shè)備設(shè)施一次性投入方面經(jīng)濟性最優(yōu)，此外，在AC 段肥槽已經(jīng)回填完成的情況下，在原基坑作業(yè)面周邊，無論是人員行走還是轉(zhuǎn)運輸送機材料，安全性均得到大幅提升。

圖1 皮帶輸送機布置及回填路線方式示意圖

圖2 皮帶輸送機輸料方式示意圖

由于輸送皮帶設(shè)計型式為U 型，因此，每組按左、中下、右設(shè)置3 個滾筒、托輥，每間隔0.7～1m 設(shè)置1 組，以保證皮帶在承載后不發(fā)生凹陷。另外，還需間隔一定距離在左右兩側(cè)分別設(shè)置立輥，以確保皮帶在運行過程中不發(fā)生跑偏。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，冠梁頂和地下室頂板面標高相差100mm，因此，在設(shè)置16#工字鋼時，需要在冠梁端工字鋼底部加設(shè)襯墊，確保機架整體水平。為了保證機架整體剛度和穩(wěn)定性，工字鋼以及工字鋼與H 型立柱連接均需采取一定措施進行加固穩(wěn)定。

根據(jù)輸送物料荷載的不同，選用的電動機型號及數(shù)量也不盡相同。本工程根據(jù)實際情況，選用1 套40kW的電機，并在送料口和卸料口附近，分別設(shè)置1 個主動傳送輪和被動傳送輪，在降低能耗的條件下，確保皮帶與滾筒之間不出現(xiàn)打滑，實現(xiàn)皮帶輪運轉(zhuǎn)更順暢。

2 經(jīng)濟性分析

以完成一側(cè)260m 長的肥槽回填任務(wù)為例，傳統(tǒng)的渣土車運輸回填方式與皮帶輸送機回填方式需用的主要機械及人工數(shù)量如表1 所示。

表1 綜合成本與工期對比分析表

根據(jù)現(xiàn)場實際施工工效分析，渣土車運輸回填方式需要投入更多的施工機械完成作業(yè)，還需要配合更多的人工以實現(xiàn)日趨嚴格的環(huán)保政策要求，做到對進出車輛及臨時道路及時進行沖洗，此外，為滿足道路百分百硬化和方便渣土行駛的要求，需要硬化或采用鋼板鋪設(shè)260m 回填作業(yè)面周邊道路。表1 中，120m 的皮帶輸送機具體還包括600mm 寬皮帶210m、電機1 套、100#槽鋼機架420m、托輥及滾筒80 套、張緊裝置1 套、擋料器1 套、其他附件若干。皮帶輸送機回填方式需要購買皮帶運輸設(shè)備，一次性投入較大，但在合理的設(shè)備攤銷和折舊基礎(chǔ)上，按回填260m長度肥槽計算，仍然具有較大的優(yōu)勢。此外，由于皮帶輸送機按兩段式布置，其不利因素主要是倒運設(shè)備及二次安裝需要占用一定的工期和成本，但相較于渣土車運輸回填方式，其優(yōu)勢是只需要硬化或采用鋼板鋪設(shè)130m 回填作業(yè)面周邊道路即可。

在設(shè)定回填料供應充足、嚴格按300mm 厚分層攤鋪壓實、回填作業(yè)不受雨天影響等連續(xù)施工情況下，渣土車運輸回填方式計算得出費用總計32.7 萬元，工期43 天。采用皮帶輸送機回填肥槽方式計算得出費用總計11.6 萬元，工期20天。同傳統(tǒng)渣土車運輸回填方式相比，共計節(jié)約成本21.1 萬元，減少工期23 天，工期及經(jīng)濟效益優(yōu)勢明顯。

3 安全性分析

由于本工程地下室外墻距離護坡面距離為2m，護坡面距離場地圍墻距離為1～3m，深基坑肥槽回填區(qū)域狹小，回填作業(yè)渣土車及挖掘機等機械均無法通行，不僅給回填作業(yè)造成道路不通、額外修路及道路硬化、機械作業(yè)效率低下等諸多施工困難。

即使肥槽回填作業(yè)滿足場地空間要求，當滿負荷載的重型車輛在基坑坡頂行駛時，也會對未回填完成的基坑周邊土體產(chǎn)生強烈的擾動，造成護坡面土體沉降增加、樁間土掉落以及局部坍塌等風險。此外，肥槽回填作業(yè)期間，人員需進入肥槽內(nèi)進行外墻防水保護層施工、人工整平及打夯等作業(yè)，從上方掉落的樁間土及被車輛擾動掉落的土塊均有可能對人員造成物體打擊傷害。因此采用傳統(tǒng)渣土車運輸回填方式，對基坑穩(wěn)定性及肥槽內(nèi)作業(yè)人員產(chǎn)生極大的安全隱患。

另一方面，渣土車、推土機、挖掘機等機械在基坑坡頂作業(yè)時，極大概率上將造成回填作業(yè)區(qū)域內(nèi)的電纜線、消防水管及施工用水管等地下管線造成不同程度的破壞變形、損壞等，不僅可能由此引發(fā)觸電等生產(chǎn)安全事故，還會造成局部或大范圍停電停水等事件，嚴重影響施工現(xiàn)場正常生產(chǎn)秩序和周邊居民生活。

4 注意事項

由于皮帶輸送機可實現(xiàn)定點輸送，因此，可嚴格實現(xiàn)分層鋪土厚度300mm 的回填要求，而采用裝載機向肥槽內(nèi)鏟土回填，填料在肥槽內(nèi)容易形成局部堆積，使用小型機械配合人工攤鋪300mm 厚需要耗費大量時間，如若攤鋪厚度過大或不均勻，往往會出現(xiàn)回填后沉降明顯以及室外地坪開裂、空鼓、下陷等質(zhì)量問題。

5 結(jié)語

應用皮帶輸送機技術(shù)可以有效解決基坑狹窄空間肥槽回填場地不足的問題，提高回填作業(yè)效率，極大節(jié)約施工工期；從經(jīng)濟性方面，可大幅度減少生產(chǎn)成本，避免資源浪費，提高收益率；從本質(zhì)安全角度考量，能從源頭消除渣土車行駛對基坑邊坡的影響，有效避免基坑擾動引發(fā)基坑坍塌等生產(chǎn)安全事故。因此，采用皮帶輸送機技術(shù)開展肥槽回填方式不僅能給施工企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟效益，而且具有良好的社會效應。