華發藝術館深基坑出土方案設計

王子陵

【摘要】本文以珠海華發藝術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。

【關鍵詞】深基坑；內支撐；出土方案；棧橋；鋼棧橋

0引言

隨著城市建設的不斷發展和土地資源的日益緊缺，出現了越來越多的深基坑工程。深基坑的支護形式一般根據該基坑的地質情況，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支撐系統（如內支撐梁或錨桿）施工一般均為穿插進行，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，能否根據該深基坑不同的支護形式而選擇最為合理的開挖和外運方案，將直接關系到整個深基坑施工的成敗。

1工程概況

華發藝術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。基坑面積為14358㎡，基坑深度為17.9m，其中最深（電梯井處）為19.9m。基坑支護方案為1000mm厚地下連續墻加三道鋼筋混凝土內支撐，連續墻的入土深度控制為有效墻底應滿足墻底進入坑底不少于10m，穿過淤泥且進入粘土層、砂層不小于6m的標準雙控。基坑典型剖面圖：

2地質情況

場地上覆人工填土，其下為淤泥、礫砂、粘土及淤泥質粘土，砂質粘性土，下伏花崗巖風化帶。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。厚度6.60m，平均標高5.21m；淤泥（2-1）：深灰、灰黑色，呈飽和、流塑。厚度2.14m，平均標高-1.06；礫砂（2-2）：灰黃、灰白等色，飽和，稍密～中密狀態。厚度3.76m，平均標高-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，平均標高-6.73m；淤泥質粘土（2-4），深灰、灰黑色，呈飽和、流塑～軟塑。厚度3.69m，平均標高-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，平均標高-13.87m；礫砂（2-6）：灰黃、灰白等色，飽和，稍密～中密狀態。厚度9.53m，平均標高-19.13m

3出土方施工難點分析

華發藝術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，出土時間重疊。每天出土時間只有晚上10時至第二天凌晨6時。由于本基坑范圍屬于邊防轄區，交通管制嚴格，出土難度非常大。

（2）雨季雨量大，持續時間長，對現場施工影響大。從對珠海天氣情況的統計，年平均雷暴日數為64.2天，年平均雨天數統計在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）地質情況復雜，地質條件較差，且支護樁和工程樁施工完畢后，空樁段的淤泥和泥漿非常多。據地勘報告可知，基坑土質有填土、淤泥、礫砂、淤泥質粘土及粘土幾種土質交相布置，而對土方開挖和運輸的影響較大的土質主要為基坑內呈流塑～軟塑狀淤泥、淤泥質粘土和空樁段的泥漿。

（4）施工場地狹小，基坑深，內支撐系統的施工對土方的影響大。基坑面積為14358㎡，而基坑開挖深度為17.9m，局部達20m，基坑內為三道鋼筋砼內支撐系統。根據設計和規范要求，基坑土方必須先撐后挖，每層土方的開挖必須待整道內支撐系統施工完畢且砼強度達到設計要求的80%后方可進行，并且支撐內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。從兩個內支撐環和基坑邊相切的位置作為出土口設置出土坡道，根據實際經驗，土坡道路寬度設置為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進行放坡，以保證土坡道路邊坡穩定。優點：①出土措施費用相對較低；②兩個出土口每天（非雨天）的出土量相對穩定。缺點：①第三道內支撐系統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，棧橋寬度為6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。優點：①消除第三道內支撐系統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，兩側支撐環環內收尾土方道路量約2.4萬m3，預計挖除需要時間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支撐環出土口位置，棧橋寬度為6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。南側支撐環內為土坡道路，土坡道路寬度為11米（雙向車道），坡道夾角為8°（坡度為14°）。優點：①基本消除第三道內支撐施工時對土方運輸道路的影響；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，南側支撐環處土方道路大部分需從北側棧橋出土，占用工期較長；③棧橋不能到基坑底部，第四層土方需挖機多次倒運，出土速度慢；施工成本高。

④北側支撐環處收尾土方道路量約1.2萬m3，預計挖除需要時間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，同時前期南側支撐環內設置一條土坡道路輔助出土。棧橋位置從基坑北側向南延伸至基坑底部，棧橋寬度為9米（雙向車道），棧橋坡道夾角為10°（坡度為近18°）。南側支撐環內土坡道路寬度為11米（雙向車道），坡道夾角為8°（坡度為14°）。優點：①內支撐施工時，不需要二次挖填土方運輸道路，加快施工進度和節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%發揮其功效；③第四層土方需要在基坑底部大范圍轉運，具有一定的施工難度。

通過對以上幾種出土方案的優缺點比較，綜合平衡造價與工期的關系，經幾次技術、成本、工期的論證，認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，棧橋一從基坑北側向南以10°斜坡夾角通至第三道內支撐的平臺，經平臺過渡至棧橋二，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。棧橋兩側及其下方的土方，采取邊開挖邊修簡易道路的方式進行挖運。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，采用兩道聯結系連接，保證鋼管樁自由長度為5m。棧橋整體側立面詳見下圖。

棧橋斷面詳圖如下：

6棧橋出土效果分析

6.1棧橋對基坑出土效果的分析

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，南側支撐環內修鋪一條臨時的土方道路，與北側的棧橋一起，加快基坑土方的開挖和外運進度。

第三層與第四層土方出土時，棧橋兩側及其下方的土方，采取邊開挖邊修簡易道路的方式通過棧橋進行挖運。

6.2從氣象方面對基坑出土效果的分析

根據氣象條件可知，珠海地區降雨量非常豐富，介于1700～2200mm之間，年平均降雨量為1993.70mm，夏季多受臺風影響，暴雨、大風天氣也比較多，并且根據對珠海地區近兩年的雨天數統計，珠海全年的雨天達80～90天。因此，雨天對基坑出土的影響非常大。

對于土方運輸道路，由于雨水對土體的浸泡和沖刷，土方道路易出現松軟、打滑，甚至可能出現塌方的情況，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結束語

從對華發藝術館深基坑的出土方案研究可知，對于基坑開挖深度深，且基坑支護形式采用內支撐系統的基坑，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容為基坑的出土，因此在前期深基坑支護設計過程中，可提前對基坑的出土方案進行多方案的比較，確定最優的出土方案，然后再根據基坑的出土方案對基坑支撐系統進行相應的調整或更改，以確保基坑土方施工的順利和安全，節約施工成本和費用，縮短整個項目的工期。

參考文獻：

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