超大深基坑土方開挖與棧橋應用

□文/柳向輝 李 樂

隨著城市化進程的飛速發展，面臨越來越多的土地資源短缺問題[1]。人們開始逐步將發展方向指向地下空間，不斷涌現出大量形狀復雜、占地面積大且開挖深度深的超大基坑工程。與此同時，由于周邊建筑物以及各種市政管線的制約，基坑施工面臨更加嚴格的要求。

天津某超大基坑工程，基坑面積、深度大，周邊建筑物多且管線復雜，依據現場基坑特點，采用棧橋與中心島土方開挖相結合的方式，在基坑南北兩側分別設置出土棧橋，此種體系在土方開挖過程中適用性良好。

1 工程概況

天津某超大基坑工程南北方向長178.1 m、東西方向寬147.65 m，基坑周邊長約591 m、平面面積約2.35萬m2，平面形狀為不規則四邊形。基坑東北部、西南部裙樓區域普遍開挖深度為19.2、19.6、20.1 m；東南部一號塔樓區域普遍開挖深度為20.6 m，局部開挖深度24.7 m；西北部二號塔樓區域普遍開挖深度23.1 m，其中局部深坑開挖深度30 m。現場周邊環境較復雜，基坑周邊道路具有較多管線，基坑北側某大酒店項目主體結構已經封頂，現階段正在進行幕墻施工，基坑南側某超高層大廈已經投入使用，基坑東西兩側公園綠化已經完成并正常使用。

2 工程特點分析

1）基坑開挖較深。普遍開挖深度為19.2 m，局部開挖最大深度為30 m，屬于典型的超深基坑工程，又由于其靠近海河，場地水文地質情況較為復雜。

2）施工場地狹小。基坑工程周邊市政道路已經全部修筑完成和使用，能提供的現場場地有限，現場大面積展開施工時受到了嚴重制約。

3）基坑工況復雜。基坑本體及周邊環境情況較為復雜，周邊高層已經封頂并相繼投入使用且周邊設有大量地下管線。

根據基坑支護結構設計工況，采用棧橋式中心島開挖，見圖1。

圖1 基坑支護結構平面布置

3 棧橋設計與實施

為便于土方開挖及外運，在基坑南北兩側各設置了一個獨立棧橋，其中北側棧橋（棧橋一）上平臺設計標高-1.600 m，下平臺設計標高-3.200 m，斜坡比1∶8，見圖2。南側棧橋（棧橋二）上平臺設計標高-1.600 m，下平臺設計標高-3.900 m，斜坡比1∶8，見圖3。

圖2 北側棧橋設計

圖3 南側棧橋設計

棧橋兩側設置鋼筋混凝土防撞臺，斜坡板設置防滑措施。棧橋基礎采用鉆孔灌注樁內插鋼立柱形式并在鋼立柱之間設置縱橫連桿[2～3]。

鋼筋混凝土棧橋平臺板厚250 mm，混凝土強度等級C30，鋼筋保護層厚度30 mm，施工平臺板采用雙層雙向配筋，采用φ18 mm@150 mm鋼筋。荷載要求：單位施工車輛滿載不得超過50 t，每跨立柱間同時只能有一輛滿載的施工車輛。

4 土方開挖實施

4.1 總體方案

土方開挖的施工順序應遵循先撐后挖的原則，土方開挖采用分區分層挖土。

第四道支撐以上的土方采取預留“中心島”的方式進行土方開挖及外運，土方從基坑中心向南、北兩端整體退臺、接力式開挖，最終通過中心島將土方裝車、運出。第四道支撐以下的土方采取分區、分層、分塊、對稱、平衡開挖[4]。

4.2 分步實施

1）第一步土方開挖，開挖第一道支撐以上土方，預留中心島土方方便車輛行走。首先從棧橋部位進行土方開挖，為棧橋的盡快插入施工創造條件。每個角部布置兩臺大挖掘機，共8臺挖掘機同時全面開挖，自卸汽車從現場三個出入口進出。

2）第二步土方開挖，第一道支撐全部施工完，達到80%強度后進行第二步土方開挖施工，即開挖第一道支撐和第二道支撐之間的土方。

3）第三步土方開挖即是開挖第二道支撐與第三道支撐之間的土方，開挖利用上一步修筑形成的便道進行土方外運，開挖時優先開挖四周和中間對撐部位的土方，便于水平支撐提前插入施工。

4）第四步土方開挖，首先對第三道支撐標高以上局部土方進行清挖，隨著退挖第三道支撐梁以上局部土方對預留中心島邊坡進行修邊修坡，見圖4。

圖4 第四步土方開挖中心島放坡

開挖第三道支撐梁與第四道支撐梁之間的土方。此次土方開挖利用中心島平臺逐級倒運上傳，將第三道支撐梁間隙土和第三道支撐梁底土方清挖。

5）第五步土方開挖，本次開挖第四道支撐梁與基坑底普遍開挖區域標高之間的土方。由于第四道支撐梁底部距離坑底僅有2.9 m高，因此首先采用60型小挖掘機在支撐梁底進行掏土，土方一部分直接由設置于基坑東北、西北角的抓斗垂直吊運至地面裝車，一部分則由底部和放坡平臺上的200型挖掘機接力轉運至棧橋平臺上，最后裝車外運。

6）第六步土方開挖，第四道支撐梁底普遍區域土方開挖完成且墊層澆筑后，開始同時進行一號塔樓、二號塔樓局部深坑土方開挖，其中一號塔樓深坑土方由南側逐級倒運至棧橋外運，二號塔樓深坑土方可由西北角垂直抓斗外運，也可由北側倒運至棧橋。

二號塔樓深坑土方開挖土方量總計約2.67萬m3，在開挖過程中分-25.300、-30.200、-32.200 m三級放坡開挖，其中規劃出土路線為兩條，東側收土至北側棧橋平臺下方，然后由坐于平臺上的抓斗垂直外運，西側收土至西北角處，最后由坐于基坑西北角處的抓斗垂直外運。一號塔樓深坑開挖土方量總計約0.8萬m3，在開挖過程中在-22.800、-24.900、-26.900 m三個標高處開挖，規劃兩條出土線路，西側收土至南側棧橋平臺處，由坐于平臺上的抓斗機垂直外運，東側收土至東南角處，最后由坐于基坑外側東南角處的抓斗機垂直外運。

5 結語

在超大基坑施工過程中，采用棧橋與中心島土方開挖相結合，是一種十分合理的開挖方式，有效提高了工作效率，同時解決了基坑開挖深度深，施工場地狹小以及基坑工況復雜等相關的一系列問題。

工程實踐證明，采用該施工體系，有利于工期控制，節約成本，極大的極高了工程效益，綜合效益顯著，為類似超大基坑工程施工提供良好借鑒，具有十分良好的推廣價值。

[1]李 樂，梁 韡，崔愛珍，等超大超深基坑新型支撐棧橋體系設計與應用[J].施工技術，2015，44（13）:5-7.

[2]夏 翔，劉芳玲，葉海龍.鋼棧橋在超深超大基坑土方工程中的應用[J].施工技術，2015，44（9）:94-97.

[3]陳睿燁.天津合生國際大廈深基坑棧橋中心環島挖土施工[J].建筑技術，2014，45（7）:641-644.

[4]孫倉龍，徐 偉.施工棧橋在超大型基坑土方開挖工程中的應用形式與設計分析[J].建筑施工，1999，21（4）:29-32.