裝配式鋼棧橋與洗車臺集成系統研究及應用

丁亞飛 趙小明 黃 瑞 馬國清

甘肅第六建設集團股份有限公司 甘肅 蘭州 730010

在建筑物地基施工過程中，渣土運輸車輛需通過坡道進出基坑，將挖掘基坑時產生的土方運出，但渣土車輛在基坑內行駛后，車身底部及兩側往往會粘連大量泥土。這些泥土在車輛行駛過程中容易從車身掉落至道路以及坡道表面，對道路環境造成污染。所以渣土運輸車輛在駛出坡道時，需對車身底部及兩側的泥土進行清潔，防止其污染道路環境。傳統的坡道大多為土質坡道，但土質坡道在基坑施工結束后，挖除不易，需消耗大量的人力、物力。

目前，有采用鋼結構架設坡道代替傳統土質坡道供渣土車輛進出基坑的報道[1]，以克服傳統土質坡道在施工結束后挖除不易的問題。但現有的鋼結構棧道與車輛清洗臺分離設置，在城市中心區域或繁華區域施工時，受到狹小空間的影響，無法留出較大的區域專門用于設置洗車臺，在空間布局上給洗車臺的設置帶來了較大困難。

1 工程概況

西安廣成國際中心項目，建設地點位于陜西省西安市未央區北二環西段6號，建筑物地下3層，地上28層，地上部分為酒店與辦公寫字樓，框架結構，建筑物高度99.7 m，建筑面積141 960 m2，占地面積14 843 m2，基坑開挖面積約13 540 m2，周長約455 m，基礎采用樁筏或筏基形式，基坑開挖深度為16.67～18.57 m。

基坑北側為北二環，基坑開挖下口線距離紅線約2.7 m，距離道路邊線約18.7 m；基坑西側為郵政路，基坑開挖下口線距離紅線約2.5 m，距離道路邊線約6.5 m；基坑南側為玄武門路，基坑開挖下口線距離紅線約2.8 m，距離道路邊線約7.0 m；基坑東側為已建住宅樓，該樓為樁基礎，基坑開挖下口線距離紅線約3.2 m，距離住宅樓約12.0 m。

2 鋼棧橋-洗車臺集成系統設計方案

基于項目存在的空間狹小、周邊環境和管線保護要求高、環保要求嚴格、工期緊張等一系列問題，設計了一套裝配式基坑行車棧橋與洗車臺集成系統。

該集成系統組成結構包括行車棧橋和洗車臺。出土行車棧橋包括由多個6 000 mm×1 500 mm×200 mm的鋼板路基箱、H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼主梁以及柱帽構成的橋體，棧橋橋面寬度為8 m，橋體包括水平段和傾斜段[2]；橋體水平段上設有洗車臺，橋體水平段的一端固定于基坑頂部邊沿處，另一端與橋體傾斜段的頂端連接；橋體傾斜段的底端位于基坑內部，傾斜段坡度為1∶7，鋼棧橋橋面底部沿其長度方向均勻設有多個方鋼管立柱（500 mm×500 mm×10 mm），方鋼管立柱底端通過混凝土樁基深入固定在基坑內，其中混凝土樁基插入基坑底部的深度不小于8 m，方鋼管支撐立柱插入混凝土樁基的深度不得小于4 m；鋼棧橋橋體傾斜段的上表面沿其寬度方向設有多個防滑鋼筋，防滑鋼筋呈水平狀且相互平行設置。鋼棧橋橋面下方方鋼管立柱的下部設有止水板，止水板可以有效防止水流進入支撐立柱與混凝土樁基之間的縫隙。裝配式鋼棧橋剖面如圖1所示。

圖1 裝配式鋼棧橋剖面示意

洗車臺系統包括洗車臺本體、集污槽和沉淀單元。洗車臺本體設置于橋體水平段上，由鏤空的頂板和側板組成。鏤空頂板與鋼棧橋橋體水平段相連接，側板位于鏤空頂板沿長度方向的兩側。鏤空頂板和側板都是空心方管構成的網格狀框架結構并且連接有輸水管，其中空心方管相互連通并呈密閉結構。鏤空頂板的上表面以及側板的內側均設有多個噴水孔，用于清洗出土車輛；鏤空頂板與橋體水平段連接處設置有集污槽，集污槽用于收集洗車污水，底部為傾斜狀且其底部較高一側沿其邊沿設有輸水管，輸水管在長度方向上設有多個清污噴頭，集污槽遠離輸水管的一側設有排污槽。為了節約用水，實現水資源的循環利用，洗車臺還設置有沉淀單元。沉淀單元位于基坑頂部靠近洗車臺本體處，包括通過溢流管依次連通的沉淀池和清水池。其中，沉淀池連接有排污管，排污管另一端與排污槽相連接，污水通過排污管流入排污槽，清水池通過回水管與輸水管相連接，且回水管上設置有水泵。鋼棧橋-洗車臺集成系統結構如圖2所示。

圖2 鋼棧橋-洗車臺集成系統結構示意

3 鋼棧橋-洗車臺集成系統結構穩定性分析及優化

出土行車鋼棧橋-洗車臺集成系統，鋼棧橋橋面設計1∶7放坡至基坑第2層支撐，原來設計的鋼棧橋豎向立柱間只設置了縱向剪刀撐，通過PLAXIS 3D對鋼棧橋及鋼棧橋周圍基坑內土體位移變化進行模擬計算，其整體穩定性較差，剪刀撐的連接件變形過大，安全風險系數較大。

為保證其能夠更加安全地使用，針對鋼棧橋的下部剪刀撐進一步進行了優化，增加了橫向剪刀撐的設置，按照原設計的鋼棧橋各構件計算參數進行取值，對橋身結構變形及其下部基坑內土體位移變形進行模擬，其坑內土體沉降量以及鋼棧橋結構變形均明顯減小，整體穩定性得到了進一步提高。

4 施工工藝

4.1總體施工工序

測量放線→鋼棧橋立柱樁施工→土方開挖到設計標高→鋼棧橋柱帽安裝→鋼棧橋型鋼主梁安裝→路基箱安裝→洗車臺安裝→土方開挖→立柱剪刀撐焊接→鋼棧橋-洗車臺集成系統拆除（隨基礎及地下室主體施工進度）[3]

4.2重點工序

4.2.1 鋼棧橋立柱樁施工

立柱樁采用旋挖鉆孔樁成孔，為保證方管立柱安放位置準確及標高控制正確，方管柱接至地面標高。鋼管樁澆筑混凝土時，采用汽車起重機吊起鋼管并控制在設計樁底標高位置，同時采用混凝土導管澆筑混凝土，確保鋼管樁標高準確。混凝土澆筑完畢后，在其初凝前將方鋼管立柱插入混凝土中，立柱在穿越底板的范圍內設置止水片[4]。

4.2.2 鋼棧橋安裝

柱帽依次插入方鋼管柱，安裝牢固后，用25 t汽車式起重機吊裝型鋼主梁到位，將柱帽與型鋼主梁采用螺栓連接，再間隔500 mm在長度方向上焊接型鋼主梁加勁肋（厚16 mm），最終吊裝路基箱，與型鋼主梁焊接。鋼棧橋節點如圖3所示。

圖3 鋼棧橋節點示意

另外，隨著鋼棧橋下部土方逐層開挖，當每段鋼坡道下土方開挖至方鋼立柱樁間剪刀撐后，及時對樁間剪刀撐進行焊接施工。

4.2.3 鋼棧橋-洗車臺集成系統拆除

常規情況下，該系統在土方開挖完成即可拆除，但由于本項目建設場地狹小，無鋼筋料場等，遂將該系統充當臨時鋼筋料場，隨基礎及地下室主體施工進度逐段進行拆除。拆除時采用25 t汽車式起重機及塔式起重機配合拆除，每一段棧橋坡道按照以下順序進行：洗車臺拆除→路基箱拆除→鋼棧橋型鋼主梁拆除→鋼棧橋柱帽拆除→立柱剪刀撐拆除→鋼棧橋立柱樁拆除。

5 結語

本文以實際項目為載體，針對工程實際中出土及環保要求等問題，提出了一種切實可行且十分有效的解決方法：

1）通過數值模擬計算分析鋼棧橋-洗車臺集成系統的結構穩定性，為提高結構穩定性，對鋼棧橋結構進行了優化設計，可知橋體穩定性與構件連接方式密切相關。為提高鋼棧橋整體穩定性，應在立柱支撐間設置橫向剪刀撐、縱向剪刀撐。

2）此新型鋼棧橋-洗車臺集成系統將行車棧橋與洗車臺結合設置，節省空間，可適用于空間狹小的建筑施工場地。零部件大多為標準件，易替換，適用性廣。在洗車臺底部設置便于清潔淤泥的集污槽，清潔效果好、速度快。通過沉淀單元將集污槽內的污水進行過濾，節能環保、節約水資源。采用裝配式鋼結構棧橋代替傳統土質坡道，在基坑施工結束后便于拆除，高效便捷、節省人力，同時可循環利用以及作為臨時料場。