深基坑出土螺旋棧橋的設計及施工

覃敏寧 彭士俊 唐 鋒 劉 輝 朱國勝 李厚波 鄒修勇

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

當前已有多位學者對深基坑采用螺旋棧橋出土的方式進行了研究和探討。王雨澇[1]對寧波站深基坑施工中便橋立柱的隆沉研究進行深入剖析，嚴峰[2]對鋼便橋在深基坑施工中的綜合應用進行了分析及闡述，曹景全[3]對半順半逆及鋼便橋土方開挖綜合施工技術臨時棧橋措施在深基坑中的應用進行了分析。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行施工的方法應用實例。

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入基坑出土。為此，采用了螺旋式棧橋進入基坑中對土方進行開挖作業。

下文將就如何設計螺旋棧橋和施工方法進行論述。

1 螺旋式棧橋概述

常規地下室出土方式是修筑直線出土坡道，并在后期對坡道進行挖除，該方式導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，如果變換常規思維，采用邊下挖邊修筑螺旋式棧橋的方式進入基坑，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]。

通過設置沿支撐圓環梁內側螺旋下行的弧形棧橋，使車輛可以從棧橋進入基坑內，實現挖土點直接裝土，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置活動連接裝置，與支撐相互獨立，不會引起內支撐體系受力變化。

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到33.05 m，因核心圓筒半徑35 m，內部空間狹窄，為滿足渣土車的正常行駛要求，采用螺旋式棧橋，結合工程樁，共設有42根立柱樁。棧橋寬9 m，長164 m，設計坡度1∶8，圓環內側有1 m的寬度為非機動車人行道。

3 棧橋設計

3.1 設計參數

設計載荷：供限載50 t渣土車以及其他在限載內的車輛通行。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。棧橋設計速度5 km/h，設計計算動載系數45 kN/m2。

3.2 棧橋總體設計

棧橋采用樁基+鋼格構+鋼構造體系+混凝土橋板結構，螺旋棧橋設在群樓圓環（左環）支撐內側，起點-2.15 m，向地下-27.15 m螺旋延伸，支撐結構為角鋼格構式鋼柱，橋面采用混凝土梁板結構，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，其中圓環內側非機動車人行道外側設高1.2 m欄桿。棧橋頂部同第1道內支撐混凝土面層（出土平臺）平齊，方便車輛行駛，此處內支撐框架梁上樓板厚度300 mm（圖1）。

圖1 螺旋棧橋三維示意

根據土方開挖分步圖，分段施工螺旋棧橋梁板結構，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，為確保車輛進入基坑，在螺旋棧橋側面填臨時土坡，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，確保車輛進入塔樓一側環梁內區域運土。棧橋需進行設計計算，根據計算結果，嚴格控制最不利工況下出現的超載行為。棧橋兩側應設置高度不小于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

鋼格構柱使用480 mm×480 mm的角鋼格構柱，角鋼規格為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環與外環做法相同，且內外環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：棧橋橋面主梁規格為800 mm× 800 mm，次梁規格為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：施工準備→棧道鉆孔灌注樁及格構柱施工→-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→過程驗收測量監控→棧道拆除→清理移交。

鋼立柱施工工藝流程為：施工準備→樁位測量放線定位→樁位開挖、護筒埋設→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→格構柱吊裝→格構柱位置及垂直度檢查→格構柱與鋼筋籠焊接→格構柱與樁交界處箍筋綁扎。

混凝土澆筑工藝流程為：下導管→混凝土澆筑→提升導管→拔出護筒→施工結束。

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，鋼筋連接接頭應設在與支點距離為棧橋寬度的1/3處，焊接接頭應相互錯開，鋼筋焊接接頭連接區段的長度為鋼筋直徑的35倍。其余同內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施工縫，留設施工縫處用鋼絲網綁好，待混凝土澆筑完畢，強度達到要求后，將施工縫處鋼絲網拆除并鑿除浮漿和松散石子。棧橋橋面在澆筑混凝土時，橫向預埋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行養護，混凝土強度未達到設計強度的95%不可通車。正式作業前還必須進行荷載試驗，荷載試驗按以下方法進行：

1）在螺旋棧橋上進行靜載試驗，在棧橋每個施工段中選著某一跨堆放試驗，荷載標準為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）螺旋棧橋進行車輛通行試驗。按空車、半載、滿載（整車質量不得超過50 t）3種荷載模式進行通行試驗，每種荷載模式下至少進行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定：僅供限載50 t的渣土車以及其他在限載內的車輛通行，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，且最好避開在鄰跨內。

4）在任何情況下，都不允許進入螺旋棧橋滿載的運土車輛在棧橋上從挖土機械旁邊經過，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后，應及時恢復。挖土機械在出土平臺工作期間，平臺上嚴禁上人。

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

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

8）運土汽車必須嚴格遵守交通規則，出入口處慢速行駛，服從現場有關人員指揮。

9）運土車輛在棧橋上行駛時，應盡量在中線行駛，會車時，滿載車優先行駛，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，在施工過程中應動態調整施工方案，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揮自身作用，提高使用率和增加經濟效益。在有限的深基坑內搭建臨時螺旋棧橋，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入基坑內作業，減少土方倒運，實現機械配合挖土與運土作業。

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

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

3）在實施過程中，按基坑深度邊挖土邊修筑棧橋，應對棧橋進行實時監測，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。控制出土車輛的車速，確保因車輛行駛而產生的離心力，使螺旋棧橋的水平位移變化在可控范圍內。

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