戚永峰，齊從月，楊煜明，袁利軍，張 祎，李澤民

(1.中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074； 2.深圳市城市建設(shè)開發(fā)(集團(tuán))有限公司，廣東 深圳 518022)

0 引言

隨著城市地下建筑物的規(guī)模不斷擴(kuò)大,基，經(jīng)濟(jì)合理地選擇出土方式關(guān)系到整個(gè)基坑工程的工期和效益。

廣東等地區(qū)采用原始土坡道出土方式較常見[1]，上海等地區(qū)采用斜坡式棧橋出土方式較常見[2],國(guó)內(nèi)其他地方有的采用皮帶輸送機(jī)出土方式[3],國(guó)外也有采用裝配螺旋式出土通道和垂直提升機(jī)出土方式的報(bào)道[4]。

常規(guī)出土模式主要有利用坡道或棧橋使車輛下坑底裝運(yùn)土方、抓土機(jī)等設(shè)備在坑邊直接取土2種模式[5]；前一種出土效率高，但存在坡道或棧橋占地面積大影響基坑整體開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)施工、后期破除成本高且耗時(shí)久等弊端；后一種適用于狹窄深基坑，但出土效率低，影響工期。

為滿足建筑施工單位對(duì)基礎(chǔ)埋深工程的需要，施工單位要在建筑工程施工期間進(jìn)行深基坑土方開挖工作，完善深基坑支護(hù)、土方施工、降排水等施工流程，改善施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高的情況，提高施工單位建筑深基坑土方開挖能力，對(duì)具體施工工藝進(jìn)行細(xì)分，推動(dòng)建筑工程施工進(jìn)程。研制出一種適用于深基坑出土的懸掛式重載升降裝置，能免除常規(guī)坡道，且出土效率高，與施工進(jìn)度相匹配，同時(shí)可廣泛應(yīng)用于超深、超大基坑工程出土施工。

深圳市羅湖區(qū)城建梅園項(xiàng)目屬于國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的狹窄形深基坑，考慮到施工場(chǎng)地的局限性，施工后期不便設(shè)置出土坡道，為此懸掛式重載升降裝置在此類工程中的應(yīng)用尤為重要。同時(shí)，隨著城市版塊的不斷更新，越來(lái)越多的舊城區(qū)改造受限于場(chǎng)地面積，無(wú)足夠的出土空間，因此應(yīng)用于本項(xiàng)目的懸掛式重載升降裝置為后續(xù)此類工程提供了更加準(zhǔn)確的應(yīng)用參數(shù)和研究方向。

1 工程概況

深圳市羅湖區(qū)城建梅園項(xiàng)目，基坑周長(zhǎng)約 1 230.0m， 面積約40 315.5m2。場(chǎng)地周邊現(xiàn)狀標(biāo)高為15.000～16.500m，基坑支護(hù)深度20.5～23.0m。整個(gè)基坑共分為3個(gè)地塊，從左至右依次為01地塊、03地塊、05地塊。工程初期，3個(gè)地塊各設(shè)置1個(gè)出土坡道，隨著開挖深度的增加，逐步取消01，05地塊出土坡道，由03地塊坡道作為進(jìn)出基坑通道；開挖至基坑底部時(shí)，所有出土坡道取消，剩余坑底土方量由懸掛式重載升降裝置轉(zhuǎn)運(yùn)出場(chǎng)(見圖1)。

圖1 基坑支護(hù)平面

2 組成結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)計(jì)思路

作為臨時(shí)工程的深基坑工程,往往要應(yīng)付復(fù)雜多變的施工條件,要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的狀況因地制宜,防止因尺寸偏差出現(xiàn)安全隱患,施工人員不僅要熟練掌握力學(xué),計(jì)算測(cè)試技術(shù),通過(guò)保證深基坑的工程質(zhì)量,進(jìn)而保證高效率的施工與建筑工程質(zhì)量[6]。

懸掛式重載升降裝置主要由骨架結(jié)構(gòu)、骨架附著結(jié)構(gòu)、下移液壓系統(tǒng)、重載轎廂、升降液壓油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和土方車出口指示通道及施工通道組成(見圖2)。

圖2 重載提土裝置結(jié)構(gòu)

2.2 工藝原理

骨架附著結(jié)構(gòu)由6根立柱樁及橫向支撐組成，作用是將裝置及運(yùn)輸車輛全部荷載傳導(dǎo)至地基。骨架結(jié)構(gòu)由多片標(biāo)準(zhǔn)框架螺栓連接而成，其懸掛在立柱樁內(nèi)側(cè)，為重載轎廂和液壓系統(tǒng)提供支撐載體。液壓系統(tǒng)以骨架結(jié)構(gòu)底部橫梁為支點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)裝有運(yùn)土車的重載轎廂在坑底-地面往復(fù)升降，鋼棧橋則為地面處車輛進(jìn)出裝置通道。隨著土方開挖深度加大，裝置可在頂部加裝骨架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，并通過(guò)下移裝置驅(qū)動(dòng)骨架結(jié)構(gòu)快速下移，隨挖隨降，保證裝置與施工進(jìn)度相匹配，減少關(guān)鍵線路占用(見圖3)。

圖3 懸掛式重載升降裝置組成

2.3 技術(shù)設(shè)計(jì)

重載升降裝置承力樁采用鋼管立柱樁形式，立柱下部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，灌注樁直徑1 000mm，樁芯采用C30水下商品混凝土澆筑，立柱樁嵌固深度為10m或入中風(fēng)化巖≥4.0m，鋼筋保護(hù)層厚度為50mm；鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度應(yīng)≤50mm。上部采用φ630×16鋼管，鋼管入立柱樁基嵌固段4.0m(當(dāng)立柱樁長(zhǎng)<4m時(shí)取立柱樁底)。立柱分3段，采用法蘭連接，每段長(zhǎng)度分別為8，8，8.5m。立柱采用Q235鋼，焊條采用E50型。灌注樁主筋保護(hù)層厚度為50mm，樁身強(qiáng)度等級(jí)為水下混凝土C30，偏差≤30mm。水平連梁均采用雙拼[28c，剪刀撐為單根[28c(見圖4)。

圖4 重載升降裝置立柱樁剖面

3 安拆部署

3.1 安裝流程

除部分機(jī)電、液壓配件外，設(shè)備構(gòu)件采用散件運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)組裝后分批次吊裝方式；轎廂由于組裝后質(zhì)量達(dá)到27t，故采用分片吊入基坑底后原位安裝。在基坑開挖至-8.0m時(shí)進(jìn)行首次安裝，安裝節(jié)高7.8m的基礎(chǔ)節(jié)兩節(jié)，待基坑開挖至-15.8m和 -20.5m 分別加裝節(jié)高7.8m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)1節(jié)，基坑施工完成后進(jìn)行設(shè)備拆除(見圖5，6)。

圖5 首次安裝位置立面

圖6 第1，2次下移位置立面

首次安裝流程為：定位樁施工→鋼柱頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝→定位樁圈梁安裝→首層骨架結(jié)構(gòu)安裝→導(dǎo)向支點(diǎn)安裝→轎廂安裝→油缸安裝→2層骨架結(jié)構(gòu)安裝→下移支點(diǎn)安裝→安全防護(hù)裝置安裝→電氣控制系統(tǒng)安裝→液壓控制系統(tǒng)安裝→檢查調(diào)試。

3.2 安裝步驟

3.2.1施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

在安裝區(qū)域周邊設(shè)置防護(hù)，放線測(cè)量定位樁布點(diǎn)標(biāo)高。定位鋼樁中心距長(zhǎng)度方向間距為 5 500mm， 寬度方向間距為6 800mm(見圖7)。

圖7 定位樁布點(diǎn)

3.2.2定位樁施工

將懸掛式重載提土裝置所在位置6根立柱樁垂直打入作為裝置支撐定位樁，樁頂標(biāo)高-2.000m。鋼管插入樁頂以下4m位置，使用全站儀對(duì)鋼管進(jìn)行定位，調(diào)整鋼管垂直度，保證鋼管中心位置與樁孔位置同心。在鋼筋籠主筋上均勻選擇8根主筋與鋼管雙面焊焊接，焊縫長(zhǎng)度≥5d(d為鋼筋直徑)，焊縫要求飽滿，焊縫厚度≥10mm。鋼筋籠下放在孔口時(shí)，吊起鋼管，在孔口進(jìn)行焊接，焊縫冷卻后再吊入樁孔，調(diào)入后使用全站儀對(duì)鋼管再次進(jìn)行定位，保證鋼管上下口中心位置相同以確保其垂直度在1/200以內(nèi)。

3.2.3鋼柱頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝

待基坑開挖至-8.000m，割除-3.000m以上部分定位樁；按圖紙相關(guān)尺寸要求，將鋼柱頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)在地面拼裝，框架中心距為11 000mm×6 800mm； 并將下法蘭盤與上法蘭盤通過(guò)M30螺栓連接(見圖8)。

圖8 頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝

整體吊裝頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)，并將下法蘭盤與定位樁進(jìn)行配裝式焊接固定。法蘭盤與定位樁焊接時(shí)，使用水準(zhǔn)儀調(diào)節(jié)支護(hù)框架水平，低位鋼柱用墊塊墊高再進(jìn)行焊接。

3.2.4定位樁圈梁安裝

以頂部支護(hù)框架橫梁為基準(zhǔn)，將定位樁圈梁吊入，并盡量水平靠鋼柱內(nèi)側(cè)(見圖9)。

圖9 定位樁圈梁立面

3.2.5首層骨架結(jié)構(gòu)安裝

1)分兩半在地面拼裝第1層骨架結(jié)構(gòu)：160mm× 160mm方管與160mm×60mm扁通通過(guò)16mm×260mm帶螺母平墊片進(jìn)行連接，I40與60mm×60mm扁通通過(guò)M16×120帶螺母平墊片進(jìn)行連接，160mm× 60mm扁通與160mm×160mm扁通通過(guò)M16×160帶螺母平墊片進(jìn)行連接。

2)將拼裝好的第1層骨架結(jié)構(gòu)吊至定位樁內(nèi)部，框架調(diào)平，并保證在定位樁正中位置，注意坑底部出車方向?yàn)殚_放式框架。

3)底部橫梁安裝。將底部橫梁吊入，放置在骨架底部牛腿上，調(diào)平后用M36×130帶平彈墊螺栓連接。

3.2.6導(dǎo)向支點(diǎn)安裝

在已完成的2層定位樁圈梁上安裝導(dǎo)向支點(diǎn)，每層導(dǎo)向支點(diǎn)8套，共16套(見圖10)。安裝流程如下。

圖10 導(dǎo)向支點(diǎn)

1)清理圈梁及導(dǎo)向盒內(nèi)雜物，支撐銷軸可在導(dǎo)向槽內(nèi)順暢滑動(dòng)。

2)拔出導(dǎo)向盒內(nèi)支撐銷軸。

3)將導(dǎo)向盒卡入骨架結(jié)構(gòu)工字鋼內(nèi)，調(diào)整導(dǎo)向鑄鐵塊，使其與工字鋼翼緣預(yù)留2mm間隙。

4)導(dǎo)向盒豎直落到圈梁上，將固定節(jié)與圈梁配焊。

5)插入支撐銷軸，調(diào)節(jié)活動(dòng)端下部頂絲，使支撐銷軸與掛耳接觸并可承力。

6)擰緊活動(dòng)端與固定節(jié)連接的螺栓。

3.2.7轎廂安裝

將轎廂分片吊入基坑內(nèi)，進(jìn)行原位拼裝，轎廂上、下框架中間連接螺栓為M36×230帶螺母平彈墊，轎廂立柱與上、下框架連接螺栓為M36×300帶螺母平彈墊。轎廂側(cè)板與立柱連接螺栓為M16×100帶螺母平彈墊。在底部橫梁位置校正水平度，四角高差≤10mm，將轎廂吊入，并使位置居中。

3.2.8油缸安裝

1)將油缸吊入骨架結(jié)構(gòu)與轎廂中間，調(diào)節(jié)水平度與垂直度。

2)配裝油缸山字梁橫梁。

3)配焊轎廂、油缸導(dǎo)向輪，并保證導(dǎo)向輪與軌道預(yù)留3～5mm間隙，上、下導(dǎo)向輪在同一導(dǎo)向平面內(nèi)(見圖11)。

圖11 油缸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

3.2.92層骨架結(jié)構(gòu)安裝

按首層骨架結(jié)構(gòu)安裝步驟完成2層骨架結(jié)構(gòu)安裝。

3.2.10下移支點(diǎn)安裝

1)按導(dǎo)向支點(diǎn)安裝方式在頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)圈梁上安裝固定支點(diǎn)。

2)拔出上部移動(dòng)支點(diǎn)銷軸，升降液壓油缸，使支點(diǎn)盒滑槽底與掛耳相平，插入銷軸，調(diào)節(jié)頂絲使銷軸與上掛耳接觸受力，擰緊后部螺母。

3.2.11安全防護(hù)裝置安裝

安裝防護(hù)裝置，包括進(jìn)出貨方向外圍安全門、轎廂內(nèi)安全門、電氣聯(lián)鎖裝置、上限位保護(hù)安裝行程開關(guān)、下限位保護(hù)安裝行程開關(guān)、防墜裝置限位保護(hù)開關(guān)、平臺(tái)平衡裝置。

3.2.12電氣控制系統(tǒng)安裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行電線電纜鋪設(shè)、控制箱定位。

3.2.13液壓控制系統(tǒng)安裝

液壓控制系統(tǒng)包括主升降液壓控制系統(tǒng)、外圍下放液壓系統(tǒng)。

3.2.14鋼棧橋安裝

鋼棧橋基本構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，直接在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，基本件間全部采取栓接。主縱梁拼裝完畢后，采用起重機(jī)安放拼裝到位，每排縱梁間的每片桁架均采用橫向支撐架連接，使主縱梁連接成一個(gè)整體。橋面系為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，由U型槽和防滑鋼板面層組成。貝雷片縱梁架設(shè)完成后，將工字鋼橫梁鋪設(shè)在貝雷梁下弦，工字鋼橫梁與主縱梁間采用“321”型橫梁夾具固定，每個(gè)節(jié)點(diǎn)4套橫梁夾具固定。鋪設(shè)時(shí)必須保證橫梁平穩(wěn)，且保證防滑鋼橋面面層安裝平整密貼。主梁安裝完畢后進(jìn)行護(hù)欄安裝。

3.2.15檢查、調(diào)試

按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢查各部分安裝情況，確認(rèn)無(wú)誤后通電調(diào)試轎廂升降、骨架下移等功能。

4 實(shí)施效果

1)裝置懸掛于結(jié)構(gòu)樁內(nèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)運(yùn)土車在地面坑底垂直升降；占地面積小，無(wú)須規(guī)劃出土坡道，簡(jiǎn)化出土工序。

2)施工初期安裝后即可投入使用，隨著開挖深度加大，可在裝置頂部加裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，并將整機(jī)快速下移，整體下移速度可達(dá)0.3m/min，0.5h內(nèi)可完成1個(gè)節(jié)段的整體下移，不占用工期，隨挖隨降，滿足不同深度基坑施工要求，與施工進(jìn)度相匹配，減少關(guān)鍵線路的占用。

3)利用5G通信技術(shù)操縱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中操控，可識(shí)別車輛運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)升降及開關(guān)門，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)，優(yōu)化工人作業(yè)環(huán)境，提高施工安全性。

4)轎廂有效尺寸為10m×3.5m×4m(長(zhǎng)×寬×高)，可運(yùn)送挖掘機(jī)、裝載機(jī)、混凝土罐車、土方運(yùn)輸車等施工機(jī)械。

5)系統(tǒng)可自動(dòng)稱量土方車運(yùn)輸量，并進(jìn)行施工量統(tǒng)計(jì)，具象化顯示已完成工程量比例和任一天工作量，并作出預(yù)測(cè)，及時(shí)預(yù)警，作業(yè)人員可通過(guò)手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，接收設(shè)備維修工單。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用于深圳市城建梅園項(xiàng)目的懸掛式重載升降裝置能在出土?xí)r免除常規(guī)坡道，通過(guò)懸掛式重載升降裝置進(jìn)行土方垂直運(yùn)輸，利用5G通信技術(shù)實(shí)時(shí)可靠操縱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中操控，可識(shí)別車輛運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)升降及開關(guān)門，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)，優(yōu)化工人作業(yè)環(huán)境、提高施工安全性，具有運(yùn)載力強(qiáng)、出土效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性高和智能控制等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于超深、超大基坑工程出土。尤其適用于狹窄深基坑施工，能產(chǎn)生極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。