wwx珠海拱北觀澳平臺內(nèi)支撐系統(tǒng)深基坑出土方案研究高級

1、珠海拱北觀澳平臺內(nèi)支撐系統(tǒng)深基坑出土方案研究上海寶冶集團有限公司摘 要 以珠海拱北觀澳平臺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，并介紹鋼棧橋方案的設(shè)計、施工，最后鋼棧橋方案對內(nèi)支撐系統(tǒng)深基坑出土的應(yīng)用效果進行了分析和評價。關(guān)鍵詞 深基坑；內(nèi)支撐；出土方案；棧橋；鋼棧橋0 引言隨著城市高層建筑的不斷發(fā)展和土地資源的日益緊缺，出現(xiàn)了越來越多的深基坑工程。深基坑的支護形式一般根據(jù)該基坑的地質(zhì)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(nèi)支撐系統(tǒng)（如內(nèi)支撐梁或錨桿）

2、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比較大，可達到6080%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(jù)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(guān)系到整個深基坑施工的成敗。1 工程概況西東南北情侶南路邊防支隊拱北口岸施工現(xiàn)場昌盛路中國海關(guān)海 岸珠海拱北觀澳平臺深基坑位于拱北口岸附近，處于經(jīng)濟非常繁華，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，西鄰拱北口岸和輕軌拱北站，東面臨海?；用娣e為14358，基坑深度為17.9m，其中基坑最深（電梯井處）為19.9m?；又ёo方案為10

3、00mm厚地下連續(xù)墻加三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，連續(xù)墻的入土深度控制為有效墻底應(yīng)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(biāo)準雙控。觀澳平臺深基坑支護設(shè)計平面圖：基坑典型剖面圖：2 地質(zhì)條件及氣象條件2.1 地質(zhì)條件場地上覆人工填土，其下為淤泥、礫砂、粘土及淤泥質(zhì)粘土，砂質(zhì)粘性土，下伏花崗巖風(fēng)化帶。其中基坑開挖標(biāo)高內(nèi)的主要土層性質(zhì)和數(shù)據(jù)如下：場地地基土（巖）土性及分層情況一覽表巖土名稱土性描述平均厚度(m)平均標(biāo)高(m)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(zhì)。6.605.21淤泥（2-1）深灰、灰黑色，呈飽和、流塑。

4、2.14-1.06礫砂（2-2）灰黃、灰白等色，飽和，稍密中密狀態(tài)。3.76-3.05粘土（2-3）褐黃色、褐紅色、深灰色、灰白色，可塑硬塑。4.81-6.73淤泥質(zhì)粘土（2-4）深灰、灰黑色，呈飽和、流塑軟塑。3.69-10.17粘土（2-5）褐黃色、褐紅色、深灰色、灰白色，可塑硬塑。11.53-13.87礫砂（2-6）灰黃、灰白等色，飽和，稍密中密狀態(tài)。9.53-19.13 基坑內(nèi)土層展開圖如下：2.2 氣象條件（1）降水：珠海地區(qū)降雨量豐富，介于17002200mm之間，年平均降雨量為1993.70mm。降雨量在年內(nèi)分配不均，主要集中在雨季的49月，占年總降雨量的84%；10月到次年3月

5、為旱季，僅占年降雨量的16%。（2）災(zāi)害天氣：本場區(qū)屬季風(fēng)區(qū)，夏季多受臺風(fēng)影響，亦出現(xiàn)暴雨、大風(fēng)天氣。年平均雷暴日數(shù)為64.2天，將近85%的雷暴天氣出現(xiàn)在59月份，其中8月雷暴日數(shù)最多，有13.1天。3 出土方案選擇3.1 土方施工難點分析珠海拱北觀澳平臺深基坑出土難度非常大，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?；颖苯忧閭H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，地理位置非常關(guān)鍵，同時由于本基坑仍屬于邊防轄區(qū)，因此該地段的交通管制非常嚴格，出土難度非常大。（2）雨季雨量大，持續(xù)

6、時間長，對現(xiàn)場施工影響大。從近期對珠海天氣情況的統(tǒng)計，年平均雷暴日數(shù)為64.2天，年平均雨天數(shù)統(tǒng)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(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)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。由地勘報告可知，基坑土質(zhì)有填土、淤泥、礫砂、淤泥質(zhì)粘土及粘土幾種土質(zhì)交相布置，而對土方開挖和運輸?shù)挠绊戄^大的土質(zhì)主要為基坑內(nèi)呈流塑軟塑狀淤泥、淤泥質(zhì)粘土和空樁段的泥漿。（4）基坑面積小，基坑深，內(nèi)支撐系統(tǒng)的施工對土方的影響非常大。根據(jù)設(shè)計圖紙可知，基坑面積為14358，而基坑開挖深度為17.9m，基坑內(nèi)為三道鋼筋砼內(nèi)支

7、撐系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計和規(guī)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(nèi)支撐系統(tǒng)施工完畢且砼強度達到設(shè)計要求的80%后方可進行，并且支撐內(nèi)和支撐下土方的開挖難度非常大，因此對整個基坑的土方開挖和外運影響非常大。3.2 基坑土方開挖方案和相應(yīng)的工作量根據(jù)基坑支護特點，基坑土方主要分四層進行開挖，每層土方開挖的具體參數(shù)如下表：開挖順序土方開挖標(biāo)高土方開挖深度(累計開挖深度)土方量備注第一層土+5.0+2.9m2.1m（2.1m）3.0萬m3至第一道支撐梁底部第二層土+2.9-3.6m6.5m（8.6m）9.3萬m3至第二道支撐梁底部第三層土-3.6-9.6m6.0m（14.6m）8.6萬m3至

8、第三道支撐梁底部第四層土-9.6-12.9m3.3m（17.9m）4.7萬m3至基坑底部3.3 出土方案選擇根據(jù)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（附：平面示意圖）：第一種出土方案為土坡道路的出土方案。從兩個內(nèi)支撐環(huán)和基坑邊相切的位置作為出土口設(shè)置出土坡道，根據(jù)實際經(jīng)驗，土坡道路寬度設(shè)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(wěn)定。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?qū)挾葹?米（單向車道），棧橋坡道夾角為8

9、76;（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。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(cè)支撐環(huán)出土口位置，棧橋?qū)挾葹?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(cè)支撐環(huán)內(nèi)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°）。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(cè)支撐環(huán)內(nèi)設(shè)置一條土坡道路輔助出土。棧橋位置從基坑北側(cè)向南延伸至基坑底部，棧橋?qū)挾葹?米（雙向車道）

10、，棧橋坡道夾角為10°（坡度為近18°）。南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)土坡道路寬度為11米（雙向車道），坡道夾角為8°（坡度為14°）。3.4 各種出土方案的主要利弊分析出土方案優(yōu) 點缺 點第一種方案：兩條土方坡道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(wěn)定。1、第三道內(nèi)支撐系統(tǒng)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、

11、工期長，預(yù)計挖除需要80-90天，費用高。第二種方案：兩座不到基坑底的棧橋1、消除第三道內(nèi)支撐系統(tǒng)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(shù)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。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；3、仍存在道路出土挖除的工序，兩側(cè)支撐環(huán)環(huán)內(nèi)收尾土方道路量約2.4萬m3，預(yù)計挖除需要時間30-40天。第三種方案：一條土坡道路+一座不到基坑底棧橋1、基本消除第三道內(nèi)支撐施工時對土方運輸?shù)缆返挠绊懀?、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

12、的保障。1、棧橋費用約90萬；2、第三層土方完畢后，南側(cè)支撐環(huán)處土方道路大部分需從北側(cè)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；4、北側(cè)支撐環(huán)處收尾土方道路量約1.2萬m3，預(yù)計挖除需要時間20-25天。第四種方案：一座棧橋到基坑底+土坡輔助1、內(nèi)支撐施工時，不需要二次挖填土方運輸?shù)缆罚涌焓┕みM度和節(jié)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。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(fā)揮其

13、功效；3、第四層土方需要在基坑底部大范圍轉(zhuǎn)運，具有一定的施工難度。類似工程的不同出土方案： 棧橋不到基坑底部 挖機接力外運土方 土坡道路出土 砼棧橋到基坑底部4 出土棧橋設(shè)計和施工根據(jù)現(xiàn)場的實際情況和施工條件，同時從施工成本、安全和施工進度等方面綜合考慮，若采用棧橋出土的方案，則采用第四種出土方案較為合理。而對于出土棧橋設(shè)計和施工，一般采用鋼棧橋更為經(jīng)濟和合理，對基坑土方施工的影響小，施工進度快。現(xiàn)以第四種出土方案為例，對鋼棧橋的設(shè)計和施工要點進行簡要介紹和說明。4.1 基坑鋼棧橋設(shè)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(cè)向南以10°斜坡夾角通至第三道內(nèi)支撐的平臺，經(jīng)平

14、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通至基坑底部。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，基礎(chǔ)采用單排鋼管柱承臺基礎(chǔ)，每排四根鋼管柱，鋼管柱橫橋向間距2.1米，鋼管柱型號為630×10mm，鋼管柱入土深度為12米。棧橋整體側(cè)立面詳見下圖。棧橋斷面詳圖如下：棧橋設(shè)計荷載60t汽車。棧橋設(shè)計荷載根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范上的要求，汽車荷載按公路一級計算。計算模型加載時考慮1.2的安全系數(shù)。棧橋設(shè)計所需計算的主要內(nèi)容如下：1) 橋

15、面系橫梁計算；2) 貝雷片作承重梁計算；3) 樁基計算。4.2 棧橋設(shè)計計算一、 荷載1、 恒載:橋面系單橫梁范圍內(nèi)花紋鋼板按0.628KN/m2計，單根橫梁采用工25b,自重0.42KN/m，按0.3米間距布置。單根橫梁承受的恒載:2、 活載:根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范4.3.1.2條規(guī)定：橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載按車輛荷載計，汽車自重55t，現(xiàn)運輸車按現(xiàn)場要求按60t載重考慮，參照標(biāo)準55t,確定載重。（2）汽車水平制動力：按汽車載重量的10%考慮。二、 橋面系橫梁計算棧橋雙車道8.0m寬，活載取60t汽車的最大值后軸荷載P154KN作為集中力，同時考慮1.3的橫向偏載系數(shù)，按雙車道走行進行計算。

16、60t汽車不偏移走行時，受力圖示如下橫梁最大內(nèi)力：，,橫梁驗算：采用一根工25b，截面特性參數(shù)如下：， ， < 滿足使用要求。三、 貝雷片承重梁核算取棧橋貝雷梁計算跨度L為12m，貝雷梁簡化為等跨連續(xù)梁建模計算。恒載：橋面系鋼板+橋面橫梁+貝雷梁自重活載:取汽車前軸、中軸、后軸荷載作為集中力，其作用于兩片貝雷梁，單片貝雷梁最大受力按分配系數(shù)0.6分配。按雙車道一跨并排走行兩輛運輸車加載，分別取土方車行駛至棧橋跨中、土方車行駛至棧橋端部二個工況進行核算。各組承重梁中間設(shè)聯(lián)結(jié)系，以滿足總穩(wěn)定性要求。 四、 樁基計算（一）、單根樁身強度檢算鋼管樁型號為630×10mm，鋼樁最大樁長3

17、0m，由基坑頂邊開挖邊打入，從坑底入土約12m，坑底以上懸臂約18米，采用兩道聯(lián)結(jié)系連接，保證鋼管樁自由長度為5m。鋼管的截面特性為W=2970cm3,A=195cm2。1、制動荷載順橋向水平力主要是汽車走行時產(chǎn)生的制動力，剎車制動力考慮平分至每個樁，棧橋上單線行駛一臺汽車時，棧橋最大制動力：制動力作用點假定在棧橋橋面，樁連接系豎向間距不大于5米，則鋼管樁制動力產(chǎn)生的彎矩：2、樁頂單排樁單樁受到的荷載如下： 故樁身強度滿足受力要求。（二）、單樁承載力容許值檢算計算樁基承載力采用標(biāo)準值組合，N=638kN。(1) 根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范沉樁的單樁軸向受壓容許承載力： (2) 鋼管樁入土深

18、度計算鋼管樁采用直徑630x10鋼管，周長U=1978.2mm，樁端面積A311566mm2 土層摩阻力統(tǒng)計見下表。土層摩阻力表土層名稱厚度（m）樁摩側(cè)阻力標(biāo)準值i(kPa)樁極限端阻力標(biāo)準值Qrk(kPa)粉質(zhì)粘土12351000鋼樁全長30m，從坑底入土約12m，此處土層主要為粉質(zhì)粘土層。鋼管樁單樁容許承載力： 鋼管樁最大軸向力：N=523KN=571KN 滿足受力要求。4.3 棧橋施工要點4.2.1 棧橋施工工藝流程基坑放坡開挖，施做基坑圍護結(jié)構(gòu)、臨時立柱樁及臨時立柱基坑開挖至第一道支撐下，施工第一道支撐繼續(xù)開挖，盡量開挖棧橋范圍內(nèi)的土，便于棧橋施工準備棧橋樁基施工 GPS精確定位，鋼管

19、樁插放就位  鋼管樁樁位偏差及垂直度調(diào)整  安裝液壓夾持器 DZ-90插打鋼管樁 檢測并調(diào)整鋼管樁的垂直度  繼續(xù)插打直至設(shè)計標(biāo)高 切除多余鋼管樁 ，進行樁頂連接按10度的斜坡拼裝貝雷桁  棧橋橋面系安裝繼續(xù)開挖至第三道內(nèi)撐，施工第三道內(nèi)撐 安裝棧橋與第三道內(nèi)撐的連接 開挖過程隨開挖安裝其它連接系，繼續(xù)開挖基坑內(nèi)其余土，挖至坑底，由運輸車將土利用棧橋運至坑頂。4.2.2 棧橋施工技術(shù)要點（1）鋼管樁的加工、制作 鋼管樁采用受力性能較好的成品螺旋管樁。鋼管樁采用Q235B鋼板，交貨時應(yīng)有合格的“質(zhì)

20、量檢驗證明書”，證明書中各項內(nèi)容應(yīng)符合設(shè)計文件和國家標(biāo)準要求，進場后應(yīng)按現(xiàn)行標(biāo)準進行抽檢、復(fù)驗，表面不得有裂縫、氣泡、起鱗、夾層等缺陷。  焊接材料應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準的規(guī)定，并采用與主材相匹配的材料。鋼管樁對口拼裝時，相鄰管節(jié)的焊縫必須錯開D/8以上(D為樁徑)，對接焊縫宜采用埋弧焊進行，對接管端環(huán)縫應(yīng)對稱施焊，防止焊接變形，減少次應(yīng)力。 鋼管樁樁身橫向連接及樁身與樁尖連接處沿樁周加焊六塊加勁鋼板，以增強鋼管樁整體剛度。 為防止鋼管樁插打過程中下口變形卷曲，影響插打深度，鋼管樁均采用閉口樁，樁尖可做成錐形，以增大鋼管樁的剛度及鋼管樁樁端承載力。插打過程采用DZ-9

21、0沉樁設(shè)備保證鋼管樁樁底到達設(shè)計標(biāo)高。  （2）貝雷桁架的安裝 貝雷桁架在吊裝之前應(yīng)預(yù)先組拼好，貝雷桁拼裝時可用枕木搭成拼裝平臺。為便于吊裝，棧橋分段預(yù)拼，以一跨為一吊，桿件的拼裝和銷子的連接均須嚴格按照圖紙施工。拼裝完畢后，應(yīng)仔細檢查貝雷片數(shù)量及銷子的連接情況，合格后方能架設(shè)。  貝雷桁的安裝時利用測量儀器在樁頂分配梁上精確標(biāo)示出支座中心線，安裝橡膠墊塊，利用吊機吊裝就位，在樁頂分配梁上焊接可穿銷軸的座板，將其與貝雷桁架陰陽頭聯(lián)結(jié)的銷子連接牢固，為保證棧橋貝雷桁架的橫向穩(wěn)定性，需在樁頂分配梁處貝雷桁下弦設(shè)置限位槽鋼，并在貝雷桁外側(cè)設(shè)置斜撐，對貝雷桁進行橫向限位。

22、  （3）走道梁及橋面系的安裝 橋面采用工20a型鋼分配梁+鋼橋面板。貝雷桁頂工20a分配梁擺放位置應(yīng)準確，由于是斜棧橋，需將工20a分配梁利用U型夾板與貝雷桁鎖定聯(lián)結(jié)牢固。貝雷桁頂工20a分配梁安裝完成后，再鋪設(shè)橋面花紋鋼板，花紋鋼板與工20a分配梁采取點焊。由于是斜棧橋，需將工20a分配梁利用U型夾板與貝雷桁鎖定聯(lián)結(jié)牢固。橋面完成后橋面防滑鋼筋焊鋪。（4）棧橋樁間連接系棧橋利用 基坑中央的第一道內(nèi)撐頂作為棧橋的始端，填土便道為終端，棧橋樁間縱橫向均設(shè)連接系，采用300鋼管與鋼樁焊接，在基坑底部采用450鋼管連接所有鋼管樁，有利于平衡斜棧橋的水平荷載，保證了對撐

23、及斜棧橋下立柱樁的穩(wěn)定性，確保整個對撐結(jié)構(gòu)的承載力。隨開挖過程焊接連接系。5 棧橋出土效果分析5.1 從土方開挖流程方面對基坑出土效果的分析對于拱北觀澳平臺深基坑（三道內(nèi)支撐系統(tǒng)）土方，采用棧橋出土方案時，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(cè)支撐環(huán)內(nèi)修鋪一條臨時的土方道路，與北側(cè)的棧橋一起，加快基坑土方的開挖和外運進度。在第二層土方開挖過程中，根據(jù)現(xiàn)場施工進度，在合適的時間將南側(cè)的土方輔道挖除，并及時將該土方輔道范圍內(nèi)的環(huán)形梁和圈梁施工完畢，然后再及時將該土方輔道恢復(fù)，將第二道內(nèi)支撐完整施工完畢。由于北側(cè)支撐

24、環(huán)由于采用棧橋，不存在此工作內(nèi)容。施工第二道環(huán)形梁和圈梁時需挖除的土方輔道區(qū)域如下：第二道內(nèi)支撐系統(tǒng)施工完畢后，在開始第三層土方出土?xí)r，前期為加快南側(cè)支撐環(huán)和角撐區(qū)域的土方，可先行恢復(fù)和繼續(xù)利用南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)的土方輔道，與北側(cè)棧橋共同承擔(dān)基坑出土任務(wù)。待北側(cè)棧橋延伸至南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)時，則可將南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)的土方輔道挖除，而該輔道的土方可全部通過棧橋外運至基坑外，與多部挖機接力外運的方案相比，可節(jié)省大量的費用，并有效縮短工期。同時，在第三層土方基本開挖完畢前，可及時、快速將第三道內(nèi)支撐系統(tǒng)一次性全部施工完畢，縮短基坑土方和支撐的施工工期。在第四層土方開挖外運施工中，由于棧橋底部已通至南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)，南側(cè)支撐環(huán)內(nèi)土