劉建庫,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地深基坑的出土問題,工程周邊既有建筑多,施工環(huán)境復(fù)雜(臨江場地、地下水等),這些均會對土層類型、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,施工方便,設(shè)置簡單,經(jīng)濟(jì)性好,但出土效率較低,后期在狹窄場地上進(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,待土方開挖出土完畢后需對棧橋拆碎破除,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,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 m2,設(shè)3層地下室?；涌偯娣e1.32萬 m2,周長460 m,開挖深度14～22.3 m。基坑支護(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表1。

表1 場地內(nèi)土層性狀及物理性能

場地初見水位埋深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 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 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 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 m3。考慮場地各土層含水量均較高,原計(jì)劃除第一層土方開挖方式為整體退臺式開挖外,剩余區(qū)域土方均采用中心島開挖法,挖機(jī)在坑中接力轉(zhuǎn)運(yùn)土方至中心島,由長臂挖機(jī)或伸臂挖機(jī)在棧橋板上裝車。第一、二、三層土方出土量分別為3000 m3/d、1500 m3/d、1000 m3/d。第二、三層土方開挖如圖2、圖3。

圖2 第二層土方開挖Fig.2 Earthwork excavation of the second level

圖3 第三層土方開挖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,無法滿足業(yè)主工期要求。

出土效率低。深基坑土石方作業(yè)效率隨開挖深度增加而降低,深度15 m(長臂挖機(jī)工作范圍)以下區(qū)域土方開挖日均出土量往往不足1500 m3,再加上場地各土層含水率高,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)勢影響,每天僅夜間8 h允許渣土車外運(yùn),每日出土?xí)r間非常短。

場地狹小。基坑長短邊分別為152.5 m、84.5 m,內(nèi)支撐設(shè)計(jì)為中部雙對撐+對角撐,周邊無合適停放渣土車的場地,在硬化首道棧橋板后,環(huán)形道路寬度僅8 m,無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 解決對策

綜合考慮施工難點(diǎn),決定設(shè)置臨時(shí)出土坡道,無須額外投入其他輔助機(jī)械,渣土車可駛進(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。由此提出采用型鋼做坡道支護(hù)擋土,這樣車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法及時(shí)開挖的問題[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。選用型號為HM488×300的H型鋼,型鋼長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

土坡道長度約52 m,坡頂標(biāo)高同H型鋼頂標(biāo)高,首級坡底標(biāo)高-11.8 m,通過第二道內(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,渣土車外形尺寸為7.42 m×2.4 m×2.7 m(長×寬×高),滿足渣土車通行凈高要求[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,磚渣上滿鋪4 m×2 m鋼板,增大土體受渣土車輪胎碾壓面積,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退臺式開挖,第二層及以下土方通過出土坡道出土,型鋼支擋處剩余土方PC450長臂挖機(jī)收方,有效降低開挖操作難度,提高作業(yè)效率。

4 注意事項(xiàng)

土方開挖遵循分層、分段、均勻、對稱、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。土方開挖面高差不超過2.0 m,淤泥及淤泥質(zhì)土等軟弱土層開挖時(shí),不應(yīng)超過1.0 m,分段長度不宜超過30 m,以確保開挖過程土體的穩(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)支撐滿足設(shè)計(jì)出土強(qiáng)度要求,開挖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),定期對土方開挖過程中基坑應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測,保證深基坑安全可靠。對基坑位移及變形進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測平臺,進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

配備專業(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400 kW的發(fā)電機(jī),確保24 h降水持續(xù)性。基坑周邊設(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)場排水工作?；毓嘞到y(tǒng)保持開啟,保證降水期間的基坑外建筑安全。

5 應(yīng)用效果

5.1 工期對比

使用此出土坡道支擋方法,渣土車直接行駛到土方開挖面,由挖掘機(jī)裝土后直接運(yùn)輸出場,大大提高了出土效率。渣土車每車能運(yùn)輸18 m土方,日均出土能達(dá)到160車以上,出土效率達(dá)到3000 m/d,對比傳統(tǒng)方式的日均60～80車,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(見表2),比倒排土方工期提前68 d。

表2 工期對比

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+棧橋板上裝車的方式相比,機(jī)械設(shè)備只需配置挖掘機(jī)與渣土車,無須使用伸臂挖機(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

施工中及完成后對坡面進(jìn)行沉降監(jiān)測,在坡面四周留設(shè)觀測點(diǎn),編號為1～4,使用水準(zhǔn)儀對坡面的豎向位移進(jìn)行監(jiān)測,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6 mm,具體各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)見表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

6 結(jié)束語

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,土方車輛在場內(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),在狹窄場地深基坑項(xiàng)目中具有較高的推廣價(jià)值。