广州超高层框筒商业综合体土石方工程施工方案(中心岛法)

第二章 土方工程施工方案本章叙述了土方工程总体施工分段与流程、坡道的设计与留设、出土方法的选择、环形出土道路的设计以及运土机械的选择、土方工程施工措施等。2.1 工程概况本工程B区采用中心岛法施工。进场时B区中心岛处土方已经大致完成，应该正在利用西南门坡道将剩余土方挖除，地下连续墙、A区东侧、南侧预应力锚杆已基本施工完毕。本标段基坑土方工程主要是A区半逆作法区域及B区反压土剩余土石方工程的开挖，总工程量约270000立方米。B区反压土放坡部分划分为AG等6个区间5种坡段，分别为1-1，2-2，3-3，4-4及B-B剖面，A区反压土为GH 1个区间1种坡段，具体各个放坡部分为基坑开挖剖面示意图见表2.1-1。土方剩余土方放坡整体示意图见图2.1。表2.1-1 基坑开挖反压土剖面示意图序号部位/类型图片备注1B区南侧AB区间2B区南侧BCD区间，上部已经施工两排预应力锚索。3B区西侧DE区间4B区北侧EF区间5B区北侧FG区间6A区北侧GH区间，从D轴往南4m按1：1放坡图2.1 B区及A区北侧土方剩余土方放坡整体示意图2.2 施工的重点与难点2.2.1 工程量大由于本工程B区主要采用了中心岛结构周边设置地下连续墙加钢（混凝土）支撑的支护办法，因此在沿中心岛结构周边遗留了大量的反压土，本工程B区反压土量约240000 m3，围绕B区中心岛呈“U”形分布，三次放坡，第一道坡坡顶标高-1.800,距地面(-0.600)约1.2m，底坡坡底至地下连续墙水平距离约26m。大量的土方遗留将使土方施工成为施工的关键工序，也是施工的重点之一，制约着关键工期。2.2.2 周边环境复杂图2.2.2 基坑周边环境图由图2.2.2可知，基坑周边环境十分复杂，基坑四周场地十分狭窄，难以行走重车，也无场地安装大型的龙门吊，基坑支护中钢支撑的设计也制约了多种出土方案的选择。2.2.3 与钢支撑施工结合密切由于土方工程必须遵循“横向分段、竖向分层、先撑后挖”的施工原则，因此土方工程的施工与钢（砼）支撑施工关系十分密切。钢支撑施工是本工程地下结构施工时的关键线路，因此，在工程组织中，如何合理规避土方工程占用关键工序的时间，达到迅速出土，有序施工，也是施工中需重点考虑的问题。2.2.4 对反压土的施工安全要求高在内支撑未施工前，对反压土的稳定性要求十分高，在挖土时施工过程中，需综合考虑反压土的稳定性与土方施工快捷性。2.2.5 出土过程中对钢支撑的保护由于局部撑间距离较小，因此在土方施工的过程中，必须考虑挖土机械对钢支撑的影响，做好成品保护及应急预案。2.3 土方施工方法的对比与选择就土方工程开挖出土而言，主要有坡顶取土法、辅助设备取土法(如加长抓斗、皮带运输机等)、坡底取土法三种取土方案，如何选择既经济又切合本工程实际情况且确实可行的施工方法，是本工程的一大亮点与难点。经过详细的比较与论证，综合考虑到结构设计中的独特优势，即地下室最底层的高度为6m，且设计地下室底板的厚度为1m，剪力墙结构少的特点，我方选择了利用地下室底板设置环形坡道，坡底取土的施工办法。以下就上述三种取土方案进行比较筛选。备选方案1：坡顶取土法1)方案简述“坡顶取土法”，是最常规的一种土方开挖取土方法，又叫原地取土法，即运土车辆停在开挖层坡顶，接受挖掘机原地装土。此种方案的适用前提是运输车辆能从自然地面(道路)下至基坑内的开挖层坡顶，即必须有从现场基坑坑外地面下至坑内开挖层坡顶的运土坡道。2）可行性分析困难1：第二与第三排撑间距离小，仅3.4m高，无法行车。困难：局部存在淤泥层，无法行车，如DE区间。困难3：中间局部地段宽度不足，如BCD区间。困难4：坡顶取土必须具备出土坡道，目前出土口限制了出土方向，与施工总体部署中工期最紧张的部位难以联系。困难5：坡顶行走对钢支撑的保护较难进行。结论：对本工程不适用。备选方案2：辅助设备取土法1)方案简述辅助设备取土法，就是利用加长抓斗、皮带运输机等辅助设备直接从开挖点取土至地面，再装车，运土车辆可停放基坑外。2)可行性分析由于现场只有西南角、东北角两个出入口，且B区基坑周边仅在东北侧有一段宽约4m的临时道路，其余区域均无行车道路，运土车辆不能到位停放；无论采用加长抓斗，还是采用皮带运输机，其布置位置只能是选择靠近西南角出入口和东北侧现场道路的两个位置(如图2.3-1所示)，远离抓斗或皮带运输机的反压土只能通过挖掘机下坑，自远处分层退挖，并逐级倒土至抓斗或皮带运输机位置。显然，此种方案的出土工期受多方面因素制约，如抓斗或皮带运输机的台班产量、坑内挖掘机的倒土效率、东北侧坑外出土通道的畅通情况等，出土进展缓慢，不可预见因素多，不利于整个工程的工期控制。倒土方向现场道路(宽4m)抓斗或皮带运输机布置位置图2.3-1 辅助设备取土法布置示意图备选方案3：坡底取土法1)方案简述坡底取土法，就是分层将斜坡上反压土挖除抛落至坡脚，运土车辆下至基坑底板，在底板上采用挖掘机或装载机将土方装车外运(如图2.3-2所示)。此方案的关键是必须解决通往底板面的运土通道问题。图2.3-2 坡底取土法示意图2)可行性分析本工程在基坑东北角(A区北侧)设计有一逆作区域，A区进场时，逆作区域土方已经开挖至-13.500标高，在施工完逆作区域-12.000楼板后，可在楼板上回填土方，布置第一级下坑坡道(基坑顶-0.600逆作区域平台-12.000楼板)，再从逆作区域平台坡底回填布置第二级下坑坡道(-12.000楼板基坑底板),完全可以满足坡底取土法的运土通道要求。同其它方案相比较，此方案具有以下几方面的独特优点(详见表2.3-1)。表2.3-1 坡底取土法的优点序号优点内容1制约因素少开挖、出土相对独立,土方可在底板上短期存放，运土通道从A区下坑，避开钢管支撑，出基坑的位置临近东北角大门，几乎不占用现场北侧道路，受制约因素少。2出土效率高中心岛结构底板作为土方的临时堆放和装土地点，平面面积大(约16000m2)，反压土可沿底板周边同时多点施工，“大面积开花”，车辆运行方便快捷。3安全性高运土车辆沿下坑坡道直接下至底板，不需在反压土斜坡坡顶运行，安全有保障。4投入相对少仅需回填部分土方作为下坑坡道，同采用皮带运输机相比，投入较少。5技术间歇与施工流程相符合白天挖土，提供钢支撑工作面，晚上挖土，各得所宜。 综合比较上述三个出土方案，我们选择坡底取土法作为本工程B区反压土的出土方案。2.4 施工分段与施工组织2.4.1 施工段划分依据施工总体部署，将本工程土方工程划分为五个施工区段。如图2.4所示：IV-5段IV-4段III-5段III-4-段II-4段图2.4 土方施工分段图 2.4.2 运输机械选择与组织B区反压土坡上土方开挖机械选择4台现代150LC-7小型迷你挖掘机及4台305LC-7中型挖土机，配备40台斯太尔自卸车。分层将斜坡上反压土挖除抛落至坡脚，考虑到对底板混凝土的保护，采用6台现代R210-W型轮式挖土机在基坑底板将土方装车外运。在B区土方完成后，采用退挖法将A区坡道挖除，继续东北角的地下室上部结构顺做及下部逆做法施工。自卸车：选用中国重汽生产的斯太尔自卸车。机械自重12t，单车容量10m3，最大爬坡能力20度。土方施工机械数量计算选择表见表2.4.2。表2.4.2 土方施工机械选择计算表序号机械型号 计算备注1挖掘机挖掘机生产率计算：Q=qnKmKb/Ks q-平均挖土斗容量0.92m3 n-工作循环次数130次/h Km-装满系数1.25 Ks-土的松散系数1.25 Kb-时间利用系数0.8计算：Q=95.68m3/h需要挖掘机台数： N=W/（QT） W-计划工期内单天挖掘机完成工作总量m3（考虑可以夜间通宵施工情况下，每天出土量取最大出土量4000立方） Q-挖掘机生产率m3/h T-计划工期内单天挖掘机的有效工作时间（取T10小时考虑在具备夜间施工许可证前提下） 计算N=5考虑出现工程机械故障及其他因素影响，取N62运输车辆每台挖掘机需配置自卸运输车台数： N=T/（nt） T-自卸运输车运土循环时间min，取120分钟 n-每台车上装土的斗数取，10斗 t-挖掘机工作循环时间min/斗，取1/2.2计算：N=27辆考虑在运输过程中交通疏导问题，取40辆。2.5 工程进度安排由于中心岛结构在2007年12月23日方移交我方施工，因此中心岛结构施工从2007年12月23日开始，B区反压土方在2008年6月15日开始，2008年10月12日施工完毕，历时120天。B区地下部分施工工期安排见表2.5-1及表2.5-2。表2.5-1 地下室结构及反压土部分施工1地下室结构（B区）开工时间2007.12.23比A区延后83天人工挖孔桩2007.12.232008.2.2060天中心岛结构2007.12.212008.6.14115天反压土部分2008.6.152008.10.12120天后作结构部分2008.10.132009.2.28139天A区进场517天逆作部分2008.10.132009.1.20100天在反压土施工完后表2.5-2 B区各层反压土施工进度表序号机械型号形象进度开始时间结束时间1B区第一层反压土施工2008.06.152008.6.182B区第二反压层土施工2008.06.192008.6.273B区第三层反压土施工2008.06.242008.07.084B区第四层反压土施工2008.07.022008.08.045B区第五层反压土施工2008.07.152008.8.256B区剩余层土施工2008.8.082008.10.127反压土结构施工，坡道挖除2008.10.132008.12.152.6 施工流程2.6.1 土方开挖整体流程整体流程见图2.6.1-1及图2.6.1-2：2.6.2 分层施工流程图土方工程施工分层流程图见表2.6.2。 图2.6.1-1 总体流程示意图IV-4段III-4段III-5段II-4段IV-5段图2.6.1-2 每层土方开挖走向流程表2.6.2 土方工程分层施工流程序号开挖图片备注1设置下地下室底板坡道及环形道路在半逆做法施工区域-12.0米标高楼板施工完毕后，利用基坑内部土方将其回填，恢复原基坑东北角出土坡道，同时在两侧反压土坡底的地下室底板上设置一圈环形的专用运土道路；2开挖第1、2层土方（第一层土方只1