狹窄場(chǎng)地深基坑快速出土坡道的設(shè)置及應(yīng)用

劉建庫(kù),華春雷,丘華生,鄭俊偉

(中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司,福州361000)

0 引言

隨著城市更新中的舊房改造與高層及超高層的建筑施工,出現(xiàn)了大量的狹窄施工場(chǎng)地深基坑的出土問(wèn)題,工程周邊既有建筑多,施工環(huán)境復(fù)雜(臨江場(chǎng)地、地下水等),這些均會(huì)對(duì)土層類(lèi)型、含水量、深基坑出土及施工造成影響[1]。深基坑出土方法主要有土坡道出土、棧橋出土、輸送機(jī)出土三種方式[2]。土坡道出土是傳統(tǒng)的出土施工方式,應(yīng)用范圍廣,優(yōu)點(diǎn)是使用的大型機(jī)械少,可連續(xù)出土?xí)r間長(zhǎng),施工方便,設(shè)置簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)性好,但出土效率較低,后期在狹窄場(chǎng)地上進(jìn)行收土與外運(yùn)尤為困難。棧橋出土是修建混凝土棧橋,通過(guò)棧橋出土,避免土坡道放坡施工的影響,施工效率較高,但修建棧橋造價(jià)較高,待土方開(kāi)挖出土完畢后需對(duì)棧橋拆碎破除,如果項(xiàng)目位于市區(qū),拆除及出渣難度大。輸送機(jī)出土是一種較為新穎的出土方式,具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但輸送機(jī)新進(jìn)設(shè)備成本較高,需由專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì),且設(shè)計(jì)、制作、安裝時(shí)間較長(zhǎng),經(jīng)濟(jì)性欠佳,所以為保證出土的順利進(jìn)行,常常需提前一個(gè)月進(jìn)行輸送機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)[3]。

某項(xiàng)目位于福州,是一棟33層辦公樓,建筑高度180 m,占地面積約1.38萬(wàn) m2,設(shè)3層地下室?；涌偯娣e1.32萬(wàn) m2,周長(zhǎng)460 m,開(kāi)挖深度14～22.3 m?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)為灌注樁排樁+2道混凝土內(nèi)支撐(局部3道)形式(如圖1所示)。工程要求自開(kāi)工至底板全部澆筑完成,工期335 d。

圖1 基坑平面布置Fig.1 Layout of foundation pit

根據(jù)地勘報(bào)告,本工程場(chǎng)地上部巖土層主要為雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥、砂層、卵石層等,下部為花崗巖及其風(fēng)化產(chǎn)物?；訌?4.5 m開(kāi)挖至-13.1 m,標(biāo)高土質(zhì)均為淤泥。各土層性狀及物理性能見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)地內(nèi)土層性狀及物理性能

場(chǎng)地初見(jiàn)水位埋深2.71～4.99 m,混合穩(wěn)定水位埋深為2.39～4.77 m。場(chǎng)地地下水受季風(fēng)氣候影響,每年4—7月份為補(bǔ)給期,大氣降水豐富,各土層含水率ω均高于30%。

1 原出土方案

基坑土方總量約20萬(wàn) m3。其中,第一層土方為地面至第一道支撐梁底-2.9 m,土方約3.3萬(wàn) m3;第二層土方為第一道內(nèi)支撐梁底-2.9 m到第二道支撐梁底-8.5 m,土方量約7.00萬(wàn) m3;第三層土方為第二道水平支撐梁底到大面基坑底,土方量約9.3萬(wàn) m3?？紤]場(chǎng)地各土層含水量均較高,原計(jì)劃除第一層土方開(kāi)挖方式為整體退臺(tái)式開(kāi)挖外,剩余區(qū)域土方均采用中心島開(kāi)挖法,挖機(jī)在坑中接力轉(zhuǎn)運(yùn)土方至中心島,由長(zhǎng)臂挖機(jī)或伸臂挖機(jī)在棧橋板上裝車(chē)。第一、二、三層土方出土量分別為3000 m3/d、1500 m3/d、1000 m3/d。第二、三層土方開(kāi)挖如圖2、圖3。

圖2 第二層土方開(kāi)挖Fig.2 Earthwork excavation of the second level

圖3 第三層土方開(kāi)挖Fig.3 Earthwork excavation of the third level

2 施工難點(diǎn)

土方工期緊。受原基坑支護(hù)土釘及錨桿影響,土方開(kāi)始作業(yè)時(shí)間相較計(jì)劃滯后近1個(gè)月,根據(jù)要求底板完成節(jié)點(diǎn)倒排工期,土石方有效作業(yè)工期僅為134 d,采用原出土方案即使考慮局部穿插施工也需151 d,無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)主工期要求。

出土效率低。深基坑土石方作業(yè)效率隨開(kāi)挖深度增加而降低,深度15 m(長(zhǎng)臂挖機(jī)工作范圍)以下區(qū)域土方開(kāi)挖日均出土量往往不足1500 m3,再加上場(chǎng)地各土層含水率高,土體性狀軟,出土機(jī)械在基坑內(nèi)作業(yè)效率受到嚴(yán)重影響。項(xiàng)目位于市區(qū),受環(huán)保高壓態(tài)勢(shì)影響,每天僅夜間8 h允許渣土車(chē)外運(yùn),每日出土?xí)r間非常短。

場(chǎng)地狹小?；娱L(zhǎng)短邊分別為152.5 m、84.5 m,內(nèi)支撐設(shè)計(jì)為中部雙對(duì)撐+對(duì)角撐,周邊無(wú)合適停放渣土車(chē)的場(chǎng)地,在硬化首道棧橋板后,環(huán)形道路寬度僅8 m,無(wú)法支持大量土石方機(jī)械設(shè)備在棧橋板上作業(yè),需制定其他高效的出土方法。

3 解決對(duì)策

綜合考慮施工難點(diǎn),決定設(shè)置臨時(shí)出土坡道,無(wú)須額外投入其他輔助機(jī)械,渣土車(chē)可駛進(jìn)基坑內(nèi)裝土外運(yùn),施工效率高,經(jīng)濟(jì)性好,但缺點(diǎn)是在第二道支撐施工時(shí)需要挖除坡道,待第二道內(nèi)支撐封閉后再回填土,坡道多次轉(zhuǎn)換及重復(fù)回填作業(yè),占用基坑面積大,耗費(fèi)工期長(zhǎng)。由此提出采用型鋼做坡道支護(hù)擋土,這樣車(chē)輛可直接下到基坑運(yùn)土,解決常規(guī)出土坡道坡后土方無(wú)法及時(shí)開(kāi)挖的問(wèn)題[4-6]。

將出土坡道位置設(shè)于西側(cè)靠近市政路段處,驗(yàn)算型鋼作為臨時(shí)坡道支護(hù)的可靠性,利用軟件分析土壓力及H型鋼受力,確定材料規(guī)格。選用型號(hào)為HM488×300的H型鋼,型鋼長(zhǎng)13.6 m,嵌入土體深度為8 m,型鋼中心間距為0.3 m,設(shè)計(jì)H型鋼頂標(biāo)高為-2.00 m(羅零+6.00 m),拼接處的高低偏差≤2 mm,端部平面與中心線(xiàn)傾斜值≤2 mm,如圖4所示。

圖4 H型鋼坡道支擋Fig.4 H-type steel slope support

土坡道長(zhǎng)度約52 m,坡頂標(biāo)高同H型鋼頂標(biāo)高,首級(jí)坡底標(biāo)高-11.8 m,通過(guò)第二道內(nèi)支撐梁底后延伸至A區(qū)與C區(qū),如圖5所示。支撐梁底凈高3.3 m,渣土車(chē)外形尺寸為7.42 m×2.4 m×2.7 m(長(zhǎng)×寬×高),滿(mǎn)足渣土車(chē)通行凈高要求[7]。

圖5 出土坡道俯視圖Fig.5 Top view of unearthed ramp

施工時(shí)間處于當(dāng)?shù)赜昙?5—6月),為減少回填土遇水致坡體土方液化造成滑坡隱患,采用磚渣回填+鋼板鋪設(shè)的組合坡面形式。坡面1∶6放坡,寬度7 m,面層采用2 m厚磚渣回填,磚渣保護(hù)層不少于1 m厚,磚渣上滿(mǎn)鋪4 m×2 m鋼板,增大土體受渣土車(chē)輪胎碾壓面積,防止坡道土方沉降。坡道兩側(cè)1∶1.5放坡,掛Φ8@200×200 mm鋼筋網(wǎng)并噴射100 mm厚C20混凝土護(hù)面,防止雨水沖刷土體。

出土方式變?yōu)榈谝粚油练秸w退臺(tái)式開(kāi)挖,第二層及以下土方通過(guò)出土坡道出土,型鋼支擋處剩余土方PC450長(zhǎng)臂挖機(jī)收方,有效降低開(kāi)挖操作難度,提高作業(yè)效率。

4 注意事項(xiàng)

土方開(kāi)挖遵循分層、分段、均勻、對(duì)稱(chēng)、平衡、適時(shí)的原則,總體施工順序?yàn)閺腃區(qū)至B區(qū)逐步退土至坡道處,利用臨時(shí)土坡道出土。土方開(kāi)挖面高差不超過(guò)2.0 m,淤泥及淤泥質(zhì)土等軟弱土層開(kāi)挖時(shí),不應(yīng)超過(guò)1.0 m,分段長(zhǎng)度不宜超過(guò)30 m,以確保開(kāi)挖過(guò)程土體的穩(wěn)定,避免造成工程樁移位。土坡道在B區(qū)最后收土,在土坡道挖除之前,其他挖土工作面(坑中坑)應(yīng)與土坡道保持不小于40 m的安全距離,以保證土坡道穩(wěn)定性。

內(nèi)支撐混凝土強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)并摻早強(qiáng)劑,增大勞動(dòng)力投入,保證內(nèi)支撐施工工期與土方施工成流水,即C區(qū)土方開(kāi)挖完成后穿插C區(qū)內(nèi)支撐施工,A區(qū)內(nèi)支撐施工完成后,C區(qū)內(nèi)支撐滿(mǎn)足設(shè)計(jì)出土強(qiáng)度要求,開(kāi)挖C區(qū)下一層土方。

在首道內(nèi)支撐梁上設(shè)置應(yīng)力計(jì),定期對(duì)土方開(kāi)挖過(guò)程中基坑應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè),保證深基坑安全可靠。對(duì)基坑位移及變形進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)平臺(tái),進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

配備專(zhuān)業(yè)降排水施工隊(duì)進(jìn)行日常抽水、降水設(shè)備維護(hù)及維修,配備1臺(tái)400 kW的發(fā)電機(jī),確保24 h降水持續(xù)性?；又苓呍O(shè)置截水溝攔截基坑外地表水,擋墻設(shè)置Φ80PVC泄水管,基坑內(nèi)設(shè)排水溝及集水井,配備足夠的抽排水設(shè)備,在瞬間雨量大的情況下及時(shí)投入現(xiàn)場(chǎng)排水工作?；毓嘞到y(tǒng)保持開(kāi)啟,保證降水期間的基坑外建筑安全。

5 應(yīng)用效果

5.1 工期對(duì)比

使用此出土坡道支擋方法,渣土車(chē)直接行駛到土方開(kāi)挖面,由挖掘機(jī)裝土后直接運(yùn)輸出場(chǎng),大大提高了出土效率。渣土車(chē)每車(chē)能運(yùn)輸18 m土方,日均出土能達(dá)到160車(chē)以上,出土效率達(dá)到3000 m/d,對(duì)比傳統(tǒng)方式的日均60～80車(chē),出土約1000～1500 m/d,與原出土方案計(jì)劃工期相比,節(jié)約了85 d(見(jiàn)表2),比倒排土方工期提前68 d。

表2 工期對(duì)比

5.2 效益分析

出土坡道采用H型鋼支擋,坡面為磚渣回填+鋼板鋪設(shè)的組合坡面形式。坡道出土是最為經(jīng)濟(jì)的形式,與坑內(nèi)接力倒土+棧橋板上裝車(chē)的方式相比,機(jī)械設(shè)備只需配置挖掘機(jī)與渣土車(chē),無(wú)須使用伸臂挖機(jī)、抓斗起重機(jī)等特殊設(shè)備,且型鋼支擋還可回收重復(fù)利用,提升效率,節(jié)省成本。

5.3 變形監(jiān)測(cè)

施工中及完成后對(duì)坡面進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè),在坡面四周留設(shè)觀測(cè)點(diǎn),編號(hào)為1～4,使用水準(zhǔn)儀對(duì)坡面的豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè),控制沉降量在15 mm內(nèi),坡道完成后6 d內(nèi)所發(fā)生的沉降累計(jì)不超過(guò)6 mm,具體各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。據(jù)觀察,型鋼僅局部發(fā)生輕微變形,證明該坡道設(shè)置方法可靠。

表3 沉降監(jiān)測(cè)

6 結(jié)束語(yǔ)

提出采用H型鋼臨時(shí)支擋坡道,結(jié)合磚渣回填+鋼板鋪設(shè)的組合坡面形式,成功應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目,土方車(chē)輛在場(chǎng)內(nèi)通行順暢,未出現(xiàn)交通堵塞,達(dá)到了節(jié)約工期、安全環(huán)保、降本增效等目標(biāo),在狹窄場(chǎng)地深基坑項(xiàng)目中具有較高的推廣價(jià)值。