深基坑半逆作法施工中的雙層棧橋平面組織

丁應(yīng)章 華 苗 徐 強(qiáng) 王 飛 熊超逸 孫玉葉

中建三局集團(tuán)有限公司（滬） 上海 200129

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，超高層建筑以及大型多層地下室工程逐漸增多，超大超深的基坑也隨之增多。在此情形下，逆作法施工憑借對環(huán)境影響小、施工工期短、基坑變形小、節(jié)約工程造價等顯著優(yōu)勢，在眾多基坑工程施工方法中脫穎而出[1-5]。

但目前逆作法仍存在以下施工難點(diǎn)：因頂板洞口開設(shè)限制，逆作法比順作法的出土效率更低；逆作法土方開挖與地下結(jié)構(gòu)同時施工，大量投入的機(jī)械設(shè)備及材料堆場致使場內(nèi)交通環(huán)境惡劣[6-10]。

本文創(chuàng)新性地提出了“雙層棧橋”逆作法施工技術(shù)，將B0板作為材料堆場，主供材料運(yùn)輸車輛、泵車等通行，將B2板作為土方開挖作業(yè)層，主供挖機(jī)、土方運(yùn)輸車通行，合理規(guī)劃雙層棧橋的使用功能，減小了交通流線的交叉，解決了逆作區(qū)出土效率低、材料堆放密集等問題。

1 工程概況

杭州蕭山國際機(jī)場三期項目Ⅱ標(biāo)段位于杭州蕭山國際機(jī)場內(nèi)，主要包括新建綜合交通中心、旅客過夜用房、配套業(yè)務(wù)用房，地下4層，地上4棟9～10層塔樓和裙房，總建筑面積640 000 m2。地下建筑面積390 000 m2，基坑面積達(dá)110 000 m2，地下4層結(jié)構(gòu)，共分為A區(qū)、B1區(qū)、B2區(qū)、C1區(qū)、C2區(qū)和C3區(qū)這6個基坑（圖1）。其中，C1區(qū)東側(cè)及南側(cè)緊鄰現(xiàn)有航站樓，采用半逆作法施工，基坑面積41 000m2，開挖深度18.9 m，東側(cè)及南側(cè)采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻外側(cè)采用厚700 mm的TRD水泥土地下墻進(jìn)行槽壁加固，坑內(nèi)側(cè)采用三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固。

圖1 基坑平面示意

2 重、難點(diǎn)分析

2.1 基坑出土受限

本工程總土方量約1 800 000 m3，土方運(yùn)輸量大，需多坑同時施工，對土方車數(shù)量要求高。而本工程與Ⅰ標(biāo)段共用交通線路，土方運(yùn)輸受限，難以滿足出土量需求。

2.2 交通組織復(fù)雜

本工程場內(nèi)可利用的工作平面狹小，分包單位數(shù)量多，材料進(jìn)場量大，不具備在樓邊堆放大量材料的條件。因而需合理進(jìn)行交通組織管理，實現(xiàn)材料快速進(jìn)場、轉(zhuǎn)場和清退。

2.3 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜

本工程東西側(cè)分別與T1、T2、T3老航站樓和T4新航站樓相連，南北側(cè)分別與高鐵、地鐵站廳層相連，按照規(guī)定，需滿足“不停航、不停運(yùn)”的施工要求。

2.4 基坑支護(hù)要求高

本工程地處砂土區(qū)，周邊緊鄰航站樓和地鐵區(qū)，需要實現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本不變形、受力均勻、對周邊建筑物影響低等目標(biāo)。這對基坑支護(hù)安全性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計與加固提出了較高的要求。

3 施工工藝流程

半逆作法施工中的雙層棧橋體系形成分為3個階段，分別是方案設(shè)計階段、單層棧橋階段、雙層棧橋階段，如圖2所示。

圖2 半逆作法施工中的雙層棧橋體系形成流程

4 平面優(yōu)化設(shè)計

4.1 取土洞口布置

B0、B2板取土洞口開設(shè)時遵循“小且密”的原則，以分散布置的多個小尺寸洞口取代一個大尺寸洞口（圖3、圖4），洞口開設(shè)的間距不宜超過30 m。如此布置，可有效減少暗挖過程中土方短駁的次數(shù)，提高出土效率。

圖3 B0板平面示意

圖4 B2板平面示意

4.2 層間斜坡道設(shè)計

為聯(lián)系上下施工作業(yè)層交通，在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置B0板下B2板的斜坡道。坡道寬度滿足雙向雙車道的最小寬度要求，同時符合結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)間距的模數(shù)要求。坡道斜率設(shè)置為1∶8，坡道表面需做防滑構(gòu)造，坡道兩側(cè)需設(shè)置50 cm高混凝土防撞護(hù)欄（圖5）。

圖5 棧橋剖面示意

4.3 B2板取土碼頭設(shè)計

在B2板洞口范圍內(nèi)增設(shè)取土碼頭，供下層土方開挖時長臂挖機(jī)、土方車停靠。通過BIM技術(shù)模擬土方裝車作業(yè)過程，確保長臂挖機(jī)在回轉(zhuǎn)過程中能夠避開格構(gòu)柱，且土方車的轉(zhuǎn)彎半徑滿足要求。

5 總平面布置

5.1 機(jī)械設(shè)備布置

1）塔吊布置。逆作法施工階段，主要垂直運(yùn)輸設(shè)備為塔式起重機(jī)（塔機(jī)）。塔機(jī)主要負(fù)責(zé)施工材料和小型機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸。塔機(jī)位置選擇時主要考慮使用工效、出土洞口覆蓋情況等。

2）固定泵布置。為了保證B0板交通暢通，混凝土泵送設(shè)備采用固定泵，泵管垂直方向沿出土洞口邊緣布置，水平方向根據(jù)施工需求靈活布置。

5.2 材料堆場布置

本工程擬將B0板和B2板作為施工作業(yè)層，平面布置時需統(tǒng)籌考慮。

施工過程中主要涉及的堆場包括鋼筋材料堆場及加工車間、模板堆場及加工車間、盤扣架堆場。堆場優(yōu)先布置在塔吊覆蓋范圍內(nèi)且靠近場內(nèi)道路和出土洞口的位置，便于材料的裝卸及垂直轉(zhuǎn)運(yùn)（圖6）。

圖6 場平布置BIM模擬

結(jié)合B0板圍護(hù)設(shè)計活荷載合理劃分材料堆場區(qū)域，根據(jù)每一區(qū)域規(guī)定堆放材料的種類及最大堆放數(shù)量，嚴(yán)格控制B0板面的荷載，保障圍護(hù)體系的安全。

5.3 施工道路布置

B0、B2板重車道分為主路和輔路，主路設(shè)計為單向雙車道，輔路設(shè)計為單向單車道，車道寬度需符合結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)間距的模數(shù)要求。為保障車輛通行安全，對轉(zhuǎn)彎處重車道進(jìn)行優(yōu)化，即擴(kuò)大轉(zhuǎn)彎處重車道平臺，使得轉(zhuǎn)彎半徑滿足要求。

6 交通平面組織

B0板結(jié)構(gòu)施工階段，施工車輛在原狀土上通行，根據(jù)跳倉法施工部署，調(diào)整道路的走向，保證場內(nèi)形成環(huán)通。B2板結(jié)構(gòu)施工階段，施工車輛在B0板上通行。B2板完成后，施工車輛在B0、B2板上雙層通行（圖7）。

圖7 完成后的雙層棧橋體系

6.1 主干道車輛通行能力復(fù)核

按最高峰出土量12 000 m3/d計算，每臺土方車裝載20 m3，共需600車次；同階段混凝土車按高峰運(yùn)輸量1 664 m3/d計算，一車8 m3，共需208車次；材料運(yùn)輸車、渣土運(yùn)輸車等其他車輛預(yù)計日高峰時共需55車次。按此計算，主干道車輛通行總量為（600＋208＋55）/24＝36車次/h。

雙層棧橋通行能力計算：雙層棧橋沒有挖機(jī)等機(jī)械占道，大部分時間雙車道均可通行。雙車道一側(cè)折減系數(shù)為0.8，則通行總量為30×（1＋0.8）＝54車次/h，大于36車次/h，符合需求。

6.2 交通流線設(shè)計

交通流線設(shè)計遵循“單流向、多環(huán)線”的原則。施工車輛交會使得通行效率降低，且存在交通安全隱患，因而規(guī)定所有施工車輛在棧橋板上均沿單向行駛（圖8）。采用多環(huán)線的設(shè)計思路，使得單向行駛的車流線僅出現(xiàn)同向重疊的情況，避免出現(xiàn)相向重疊和交叉重疊的情況。

圖8 交通流線設(shè)計示意

6.3 平面交通管控措施

本工程采取3項措施，對棧橋板上施工車輛進(jìn)行管控。首先，實行人車分流制度，人行道與車行道之間設(shè)置定型化的硬質(zhì)隔離網(wǎng)，人行道橫跨道路位置設(shè)置斑馬線，并設(shè)警示牌提醒車輛注意行人、減速慢行。其次，行車道繪制交通導(dǎo)向線，路口設(shè)置交通導(dǎo)向牌，指導(dǎo)車輛通行。最后，在路口處設(shè)置崗?fù)ぃ才沤煌ü芾韺T進(jìn)行24 h的監(jiān)督管控。

6.4 層間交通管控措施

圍護(hù)設(shè)計規(guī)定B0層和B2層施工行車通道的施工荷載均為35 kPa，該2層行車通道施工荷載在相同范圍內(nèi)不可同時發(fā)生。為滿足設(shè)計要求，采取了2項措施：第一，對施工部署進(jìn)行調(diào)整，避免上下兩層在相同位置同時進(jìn)行施工作業(yè)；第二，在重車道下方格構(gòu)柱上安裝應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測格構(gòu)柱應(yīng)力數(shù)據(jù)，當(dāng)局部荷載超限值時應(yīng)及時報警（圖9）。

圖9 層間交通管控示意

7 智慧工地整合管理

利用5G技術(shù)，結(jié)合各類智慧化軟件及硬件，建立了基于5G技術(shù)的智慧工地管理平臺（圖10）。通過智慧化應(yīng)用系統(tǒng)以及5G數(shù)據(jù)傳輸，將現(xiàn)場的各類平面組織相關(guān)數(shù)據(jù)實時反饋至智慧工地系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)合BIM模型，將現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)在管理平臺上進(jìn)行可視化處理。由管理人員在平臺端對整個現(xiàn)場的平面組織進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管。

圖10 智慧工地管理平臺

8 結(jié)語

半逆作法施工中的雙層棧橋平面組織技術(shù)對于3層以上地下室的超大超深基坑工程具有良好的應(yīng)用前景。這一技術(shù)手段的應(yīng)用，實現(xiàn)了車輛的合理分流，緩解了交通組織壓力，減小了取土深度，提高了基坑穩(wěn)定性與土方開挖的工作效率，保障了工程進(jìn)度的穩(wěn)步推進(jìn)，具有明顯的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。