深基坑出土螺旋栈桥的设计及施工

覃敏宁 彭士俊 唐 锋 刘 辉 朱国胜 李厚波 邹修勇

中国建筑第八工程局有限公司南方公司深圳分公司 广东 深圳 518048

深基坑是建筑工程施工中的一个难点和重点，一般常规的施工方案是利用既有土方留设土坡道作为出土通道。

当前已有多位学者对深基坑采用螺旋栈桥出土的方式进行了研究和探讨。王雨涝[1]对宁波站深基坑施工中便桥立柱的隆沉研究进行深入剖析，严峰[2]对钢便桥在深基坑施工中的综合应用进行了分析及阐述，曹景全[3]对半顺半逆及钢便桥土方开挖综合施工技术临时栈桥措施在深基坑中的应用进行了分析。这些研究从多方面探讨了特殊施工条件下的深基坑采用特殊措施进行施工的方法应用实例。

背景工程基坑深度大于30 m，但因周边条件限制，施工空间非常狭小，无法采用直线坡道进入基坑出土。为此，采用了螺旋式栈桥进入基坑中对土方进行开挖作业。

下文将就如何设计螺旋栈桥和施工方法进行论述。

1 螺旋式栈桥概述

常规地下室出土方式是修筑直线出土坡道，并在后期对坡道进行挖除，该方式导致基坑施工的工期往往较长。另外，对于深基坑来说，超长臂挖掘机的挖土深度只能达到16.7 m左右，无法满足直接出土的要求。在这种情况下，如果变换常规思维，采用边下挖边修筑螺旋式栈桥的方式进入基坑，那么运土车可直接开到基坑中装土外拉，从而在根本上降低土方开挖成本，提高出土效率[4-6]。

通过设置沿支撑圆环梁内侧螺旋下行的弧形栈桥，使车辆可以从栈桥进入基坑内，实现挖土点直接装土，减少土方倒运距离，提高了土方装运效率。

车辆进入坑底后，可以按照中心岛开挖方式组织挖土，该方式效率高、挖土成本低。栈桥与水平支撑间设置活动连接装置，与支撑相互独立，不会引起内支撑体系受力变化。

螺旋式栈桥造价较高，但如果考虑到可提高土方挖运效率、加快工期这一因素，土方挖运单价会降低。

2 工程概况

背景工程基坑深度最深处达到33.05 m，因核心圆筒半径35 m，内部空间狭窄，为满足渣土车的正常行驶要求，采用螺旋式栈桥，结合工程桩，共设有42根立柱桩。栈桥宽9 m，长164 m，设计坡度1∶8，圆环内侧有1 m的宽度为非机动车人行道。

3 栈桥设计

3.1 设计参数

设计载荷：供限载50 t渣土车以及其他在限载内的车辆通行。要求栈桥在通车时，同时在桥面上的满载车辆及空载车辆均不超过2辆，空载车辆不超且不位于同一跨度内。栈桥设计速度5 km/h，设计计算动载系数45 kN/m2。

3.2 栈桥总体设计

栈桥采用桩基+钢格构+钢构造体系+混凝土桥板结构，螺旋栈桥设在群楼圆环（左环）支撑内侧，起点-2.15 m，向地下-27.15 m螺旋延伸，支撑结构为角钢格构式钢柱，桥面采用混凝土梁板结构，主梁800 mm×800 mm，次梁600 mm×500 mm。栈桥桥面宽9 m，混凝土楼板厚度300 mm，其中圆环内侧非机动车人行道外侧设高1.2 m栏杆。栈桥顶部同第1道内支撑混凝土面层（出土平台）平齐，方便车辆行驶，此处内支撑框架梁上楼板厚度300 mm（图1）。

图1 螺旋栈桥三维示意

根据土方开挖分步图，分段施工螺旋栈桥梁板结构，随基坑土方开挖，栈桥立柱之间及时焊装斜撑及剪刀撑。在分段接长施工时，为确保车辆进入基坑，在螺旋栈桥侧面填临时土坡，保证车辆可以正常通行。对撑下需保证车辆行走的空间净高，确保车辆进入塔楼一侧环梁内区域运土。栈桥需进行设计计算，根据计算结果，严格控制最不利工况下出现的超载行为。栈桥两侧应设置高度不小于300 mm的钢筋混凝土栏板及临边防护栏，以保证通行安全。

3.3 栈桥立柱

钢格构柱使用480 mm×480 mm的角钢格构柱，角钢规格为180 mm×18 mm，缀板使用的440 mm× 300 mm×12 mm的钢板。

3.4 栈桥水平钢撑及剪刀撑

栈桥水平钢撑及剪刀撑布置内环与外环做法相同，且内外环钢柱之间在水平钢支撑处相接。水平连系梁采用20b#槽钢，剪刀撑采用25b#槽钢。

3.5 栈桥面层

栈桥桥面做法：栈桥桥面主梁规格为800 mm× 800 mm，次梁规格为500 mm×600 mm，栈桥板厚300 mm，混凝土强度等级C30。

栈桥桥面施工段划分为5个施工段，分别为ZQ1、ZQ2、ZQ3、ZQ4、ZQ5，水平钢支撑随土方开挖进度保持同步，可划分为H1、H2、H3共3段（图2）。其施工顺序如下：ZQ1→ZQ2→ZQ3→ZQ4→ZQ5。

图2 栈桥分段施工示意

4 栈桥施工方法与工艺

4.1 栈桥及钢立柱的施工工艺流程

栈桥的施工流程为：施工准备→栈道钻孔灌注桩及格构柱施工→-7.41～-2.50 m段栈道施工→-12.67～ -7.41 m段栈道施工→-17.93～-12.67 m段栈道施工→-23.20～-17.93 m段栈道施工→-27.15～-23.40 m段栈道施工→过程验收测量监控→栈道拆除→清理移交。

钢立柱施工工艺流程为：施工准备→桩位测量放线定位→桩位开挖、护筒埋设→旋挖机安装就位→开挖成孔→一次清孔→钢筋笼吊放→钢筋笼剩余3.0 m时，井口固定→格构柱吊装→格构柱位置及垂直度检查→格构柱与钢筋笼焊接→格构柱与桩交界处箍筋绑扎。

混凝土浇筑工艺流程为：下导管→混凝土浇筑→提升导管→拔出护筒→施工结束。

4.2 栈桥模板工程

栈桥采用厚18 mm普通九夹板作为模板进行浇筑，其模板加固如图3所示：

图3 栈桥模板加固示意

4.3 栈桥钢筋工程

由于分段施工，钢筋连接接头应设在与支点距离为栈桥宽度的1/3处，焊接接头应相互错开，钢筋焊接接头连接区段的长度为钢筋直径的35倍。其余同内支撑钢筋工程施工方法。

4.4 栈桥混凝土工程

栈桥混凝土强度等级为C30，因分段施工，因此在施工时要留设施工缝，留设施工缝处用钢丝网绑好，待混凝土浇筑完毕，强度达到要求后，将施工缝处钢丝网拆除并凿除浮浆和松散石子。栈桥桥面在浇筑混凝土时，横向预埋φ10 mm的HRB400热轧螺纹钢。

5 栈桥使用说明

螺旋栈桥及出土平台施工完成后注意进行养护，混凝土强度未达到设计强度的95%不可通车。正式作业前还必须进行荷载试验，荷载试验按以下方法进行：

1）在螺旋栈桥上进行静载试验，在栈桥每个施工段中选着某一跨堆放试验，荷载标准为65 t（可以堆放材料配重或者桩基静载度验水泥块等）。静载试验时间为48 h，检查梁板未出现贯通裂纹，桩基累计沉降量不大于2 mm，表明荷载试验成功，栈桥可以正常使用。

2）螺旋栈桥进行车辆通行试验。按空车、半载、满载（整车质量不得超过50 t）3种荷载模式进行通行试验，每种荷载模式下至少进行3次通行试验，车速控制在5 km/h（约2 min通过）。3种荷载模式试验完毕，栈桥梁板无贯通裂纹，桩基沉降观测没问题后，则可以正常使用。

3）螺旋栈桥机械荷载规定：仅供限载50 t的渣土车以及其他在限载内的车辆通行，要求栈桥在通车的同时，在桥面上的满载车辆及空载车辆均不超过2辆且不位于同一跨度内，且最好避开在邻跨内。

4）在任何情况下，都不允许进入螺旋栈桥满载的运土车辆在栈桥上从挖土机械旁边经过，也不允许运土车辆与挖土机械位于同一跨等待装车。

5）螺旋栈桥边缘满设高1.2 m安全防护栏杆，因挖土需要临时拆除的，在挖土机械完成作业后，应及时恢复。挖土机械在出土平台工作期间，平台上严禁上人。

6）螺旋栈桥及出土平台口悬挂警示牌，警示牌中标明机械及车辆限载载重、限速（5 km/h）以及安全操作规程等。

7）若在第1道内支撑出土平台堆放施工材料，堆放材料质量不大于1 000 kg/m2。螺旋栈桥为车辆通行道路，未经允许禁止在螺旋栈桥上堆放施工材料以及杂物。

8）运土汽车必须严格遵守交通规则，出入口处慢速行驶，服从现场有关人员指挥。

9）运土车辆在栈桥上行驶时，应尽量在中线行驶，会车时，满载车优先行驶，其他车辆注意避让。

10）螺旋栈桥上行驶的车辆禁止超车，如果满载车要会车，下桥车需确认无上桥的满载车辆时，方能行驶。

11）夜间施工要配备足够的照明设备，螺旋栈桥上散落的渣土及杂物等每天都要及时清理。

6 结语

本文所述的方法适用于深度大于30 m的深基坑以及周边空间狭小情况，在施工过程中应动态调整施工方案，尽量减少整桥排车以减少栈桥的疲劳。加强对栈桥的测量观测记录，在保证施工安全的同时使栈桥高效发挥自身作用，提高使用率和增加经济效益。在有限的深基坑内搭建临时螺旋栈桥，提高了施工效率，保证了日出土量，缩短工期。挖掘机及运输车能直接进入基坑内作业，减少土方倒运，实现机械配合挖土与运土作业。

1）通过采用桩基+钢格构+钢构造体系+混凝土桥板结构的栈桥出土方式，很好地保证了施工的安全性。

2）通过设置沿支撑圆环梁内侧螺旋下行的弧形栈桥，使车辆可以从栈桥进入基坑内，实现挖土点直接装土，减少土方倒运距离，提高了土方装运效率，缩短了出土工期，取得较好的经济效益。

3）在实施过程中，按基坑深度边挖土边修筑栈桥，应对栈桥进行实时监测，观察其沉降、水平位移的变化以及基坑周边地表的变化情况。控制出土车辆的车速，确保因车辆行驶而产生的离心力，使螺旋栈桥的水平位移变化在可控范围内。

4）栈桥混凝土桥板应加设钢筋条防滑措施，以增大车轮与桥面的摩擦力，保证出土车辆的行车安全性。复杂作业环境下深基坑出土通道的方案研究应认真分析比较，采用该方式是不错的选择之一，可为类似工程提供参考。