戚永峰，齐从月，杨煜明，袁利军，张 祎，李泽民

(1.中建三局第三建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430074； 2.深圳市城市建设开发(集团)有限公司，广东 深圳 518022)

0 引言

随着城市地下建筑物的规模不断扩大,基，经济合理地选择出土方式关系到整个基坑工程的工期和效益。

广东等地区采用原始土坡道出土方式较常见[1]，上海等地区采用斜坡式栈桥出土方式较常见[2],国内其他地方有的采用皮带输送机出土方式[3],国外也有采用装配螺旋式出土通道和垂直提升机出土方式的报道[4]。

常规出土模式主要有利用坡道或栈桥使车辆下坑底装运土方、抓土机等设备在坑边直接取土2种模式[5]；前一种出土效率高，但存在坡道或栈桥占地面积大影响基坑整体开挖和支护结构施工、后期破除成本高且耗时久等弊端；后一种适用于狭窄深基坑，但出土效率低，影响工期。

为满足建筑施工单位对基础埋深工程的需要，施工单位要在建筑工程施工期间进行深基坑土方开挖工作，完善深基坑支护、土方施工、降排水等施工流程，改善施工难度大、风险高的情况，提高施工单位建筑深基坑土方开挖能力，对具体施工工艺进行细分，推动建筑工程施工进程。研制出一种适用于深基坑出土的悬挂式重载升降装置，能免除常规坡道，且出土效率高，与施工进度相匹配，同时可广泛应用于超深、超大基坑工程出土施工。

深圳市罗湖区城建梅园项目属于国内为数不多的狭窄形深基坑，考虑到施工场地的局限性，施工后期不便设置出土坡道，为此悬挂式重载升降装置在此类工程中的应用尤为重要。同时，随着城市版块的不断更新，越来越多的旧城区改造受限于场地面积，无足够的出土空间，因此应用于本项目的悬挂式重载升降装置为后续此类工程提供了更加准确的应用参数和研究方向。

1 工程概况

深圳市罗湖区城建梅园项目，基坑周长约 1 230.0m， 面积约40 315.5m2。场地周边现状标高为15.000～16.500m，基坑支护深度20.5～23.0m。整个基坑共分为3个地块，从左至右依次为01地块、03地块、05地块。工程初期，3个地块各设置1个出土坡道，随着开挖深度的增加，逐步取消01，05地块出土坡道，由03地块坡道作为进出基坑通道；开挖至基坑底部时，所有出土坡道取消，剩余坑底土方量由悬挂式重载升降装置转运出场(见图1)。

图1 基坑支护平面

2 组成结构

2.1 设计思路

作为临时工程的深基坑工程,往往要应付复杂多变的施工条件,要对现场出现的状况因地制宜,防止因尺寸偏差出现安全隐患,施工人员不仅要熟练掌握力学,计算测试技术,通过保证深基坑的工程质量,进而保证高效率的施工与建筑工程质量[6]。

悬挂式重载升降装置主要由骨架结构、骨架附着结构、下移液压系统、重载轿厢、升降液压油缸驱动系统、电控系统和土方车出口指示通道及施工通道组成(见图2)。

图2 重载提土装置结构

2.2 工艺原理

骨架附着结构由6根立柱桩及横向支撑组成，作用是将装置及运输车辆全部荷载传导至地基。骨架结构由多片标准框架螺栓连接而成，其悬挂在立柱桩内侧，为重载轿厢和液压系统提供支撑载体。液压系统以骨架结构底部横梁为支点，驱动装有运土车的重载轿厢在坑底-地面往复升降，钢栈桥则为地面处车辆进出装置通道。随着土方开挖深度加大，装置可在顶部加装骨架结构标准节，并通过下移装置驱动骨架结构快速下移，随挖随降，保证装置与施工进度相匹配，减少关键线路占用(见图3)。

图3 悬挂式重载升降装置组成

2.3 技术设计

重载升降装置承力桩采用钢管立柱桩形式，立柱下部采用钻孔灌注桩基础，灌注桩直径1 000mm，桩芯采用C30水下商品混凝土浇筑，立柱桩嵌固深度为10m或入中风化岩≥4.0m，钢筋保护层厚度为50mm；钻孔达到设计深度，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度应≤50mm。上部采用φ630×16钢管，钢管入立柱桩基嵌固段4.0m(当立柱桩长<4m时取立柱桩底)。立柱分3段，采用法兰连接，每段长度分别为8，8，8.5m。立柱采用Q235钢，焊条采用E50型。灌注桩主筋保护层厚度为50mm，桩身强度等级为水下混凝土C30，偏差≤30mm。水平连梁均采用双拼[28c，剪刀撑为单根[28c(见图4)。

图4 重载升降装置立柱桩剖面

3 安拆部署

3.1 安装流程

除部分机电、液压配件外，设备构件采用散件运输，现场组装后分批次吊装方式；轿厢由于组装后质量达到27t，故采用分片吊入基坑底后原位安装。在基坑开挖至-8.0m时进行首次安装，安装节高7.8m的基础节两节，待基坑开挖至-15.8m和 -20.5m 分别加装节高7.8m的标准节1节，基坑施工完成后进行设备拆除(见图5，6)。

图5 首次安装位置立面

图6 第1，2次下移位置立面

首次安装流程为：定位桩施工→钢柱顶部支护结构安装→定位桩圈梁安装→首层骨架结构安装→导向支点安装→轿厢安装→油缸安装→2层骨架结构安装→下移支点安装→安全防护装置安装→电气控制系统安装→液压控制系统安装→检查调试。

3.2 安装步骤

3.2.1施工现场准备

在安装区域周边设置防护，放线测量定位桩布点标高。定位钢桩中心距长度方向间距为 5 500mm， 宽度方向间距为6 800mm(见图7)。

图7 定位桩布点

3.2.2定位桩施工

将悬挂式重载提土装置所在位置6根立柱桩垂直打入作为装置支撑定位桩，桩顶标高-2.000m。钢管插入桩顶以下4m位置，使用全站仪对钢管进行定位，调整钢管垂直度，保证钢管中心位置与桩孔位置同心。在钢筋笼主筋上均匀选择8根主筋与钢管双面焊焊接，焊缝长度≥5d(d为钢筋直径)，焊缝要求饱满，焊缝厚度≥10mm。钢筋笼下放在孔口时，吊起钢管，在孔口进行焊接，焊缝冷却后再吊入桩孔，调入后使用全站仪对钢管再次进行定位，保证钢管上下口中心位置相同以确保其垂直度在1/200以内。

3.2.3钢柱顶部支护结构安装

待基坑开挖至-8.000m，割除-3.000m以上部分定位桩；按图纸相关尺寸要求，将钢柱顶部支护结构在地面拼装，框架中心距为11 000mm×6 800mm； 并将下法兰盘与上法兰盘通过M30螺栓连接(见图8)。

图8 顶部支护结构安装

整体吊装顶部支护结构，并将下法兰盘与定位桩进行配装式焊接固定。法兰盘与定位桩焊接时，使用水准仪调节支护框架水平，低位钢柱用垫块垫高再进行焊接。

3.2.4定位桩圈梁安装

以顶部支护框架横梁为基准，将定位桩圈梁吊入，并尽量水平靠钢柱内侧(见图9)。

图9 定位桩圈梁立面

3.2.5首层骨架结构安装

1)分两半在地面拼装第1层骨架结构：160mm× 160mm方管与160mm×60mm扁通通过16mm×260mm带螺母平垫片进行连接，I40与60mm×60mm扁通通过M16×120带螺母平垫片进行连接，160mm× 60mm扁通与160mm×160mm扁通通过M16×160带螺母平垫片进行连接。

2)将拼装好的第1层骨架结构吊至定位桩内部，框架调平，并保证在定位桩正中位置，注意坑底部出车方向为开放式框架。

3)底部横梁安装。将底部横梁吊入，放置在骨架底部牛腿上，调平后用M36×130带平弹垫螺栓连接。

3.2.6导向支点安装

在已完成的2层定位桩圈梁上安装导向支点，每层导向支点8套，共16套(见图10)。安装流程如下。

图10 导向支点

1)清理圈梁及导向盒内杂物，支撑销轴可在导向槽内顺畅滑动。

2)拔出导向盒内支撑销轴。

3)将导向盒卡入骨架结构工字钢内，调整导向铸铁块，使其与工字钢翼缘预留2mm间隙。

4)导向盒竖直落到圈梁上，将固定节与圈梁配焊。

5)插入支撑销轴，调节活动端下部顶丝，使支撑销轴与挂耳接触并可承力。

6)拧紧活动端与固定节连接的螺栓。

3.2.7轿厢安装

将轿厢分片吊入基坑内，进行原位拼装，轿厢上、下框架中间连接螺栓为M36×230带螺母平弹垫，轿厢立柱与上、下框架连接螺栓为M36×300带螺母平弹垫。轿厢侧板与立柱连接螺栓为M16×100带螺母平弹垫。在底部横梁位置校正水平度，四角高差≤10mm，将轿厢吊入，并使位置居中。

3.2.8油缸安装

1)将油缸吊入骨架结构与轿厢中间，调节水平度与垂直度。

2)配装油缸山字梁横梁。

3)配焊轿厢、油缸导向轮，并保证导向轮与轨道预留3～5mm间隙，上、下导向轮在同一导向平面内(见图11)。

图11 油缸导向结构

3.2.92层骨架结构安装

按首层骨架结构安装步骤完成2层骨架结构安装。

3.2.10下移支点安装

1)按导向支点安装方式在顶部支护结构圈梁上安装固定支点。

2)拔出上部移动支点销轴，升降液压油缸，使支点盒滑槽底与挂耳相平，插入销轴，调节顶丝使销轴与上挂耳接触受力，拧紧后部螺母。

3.2.11安全防护装置安装

安装防护装置，包括进出货方向外围安全门、轿厢内安全门、电气联锁装置、上限位保护安装行程开关、下限位保护安装行程开关、防坠装置限位保护开关、平台平衡装置。

3.2.12电气控制系统安装

根据现场实际情况进行电线电缆铺设、控制箱定位。

3.2.13液压控制系统安装

液压控制系统包括主升降液压控制系统、外围下放液压系统。

3.2.14钢栈桥安装

钢栈桥基本构件运输到现场后，直接在现场拼装，基本件间全部采取栓接。主纵梁拼装完毕后，采用起重机安放拼装到位，每排纵梁间的每片桁架均采用横向支撑架连接，使主纵梁连接成一个整体。桥面系为标准结构，由U型槽和防滑钢板面层组成。贝雷片纵梁架设完成后，将工字钢横梁铺设在贝雷梁下弦，工字钢横梁与主纵梁间采用“321”型横梁夹具固定，每个节点4套横梁夹具固定。铺设时必须保证横梁平稳，且保证防滑钢桥面面层安装平整密贴。主梁安装完毕后进行护栏安装。

3.2.15检查、调试

按质量标准检查各部分安装情况，确认无误后通电调试轿厢升降、骨架下移等功能。

4 实施效果

1)装置悬挂于结构桩内侧实现运土车在地面坑底垂直升降；占地面积小，无须规划出土坡道，简化出土工序。

2)施工初期安装后即可投入使用，随着开挖深度加大，可在装置顶部加装标准节，并将整机快速下移，整体下移速度可达0.3m/min，0.5h内可完成1个节段的整体下移，不占用工期，随挖随降，满足不同深度基坑施工要求，与施工进度相匹配，减少关键线路的占用。

3)利用5G通信技术操纵现场设备，实现远程集中操控，可识别车辆运行状态，自动升降及开关门，实现无人化作业，优化工人作业环境，提高施工安全性。

4)轿厢有效尺寸为10m×3.5m×4m(长×宽×高)，可运送挖掘机、装载机、混凝土罐车、土方运输车等施工机械。

5)系统可自动称量土方车运输量，并进行施工量统计，具象化显示已完成工程量比例和任一天工作量，并作出预测，及时预警，作业人员可通过手机端实时监控设备运行状态，接收设备维修工单。

5 结语

应用于深圳市城建梅园项目的悬挂式重载升降装置能在出土时免除常规坡道，通过悬挂式重载升降装置进行土方垂直运输，利用5G通信技术实时可靠操纵现场设备，实现远程集中操控，可识别车辆运行状态自动升降及开关门，实现无人化作业，优化工人作业环境、提高施工安全性，具有运载力强、出土效率高、适应性强、安全性高和智能控制等特点，可广泛应用于超深、超大基坑工程出土。尤其适用于狭窄深基坑施工，能产生极大的社会和经济效益，具有广泛的推广应用前景。