0 引言

　　随着我国城市化进程加快，城市土地资源越来越稀缺，施工环境也日益复杂，传统施工工艺受到限制。逆作法施工已成为城市高层建筑较热门的施工技术^[1,2]。在高层建筑逆作法施工中，出土系统是超深、超大地下室施工的一个重难点，对整个工程进度、成本有着重要影响^[3]。

　　目前，已有许多专家结合具体工程案例对超深、超大地下室基坑出土技术进行研究。欧金辉^[4]针对盖挖逆作法中土方开挖效率低的问题，结合某大型工程项目，采取盆式半逆作开挖和2层一挖等方法提高了工作效率。温文^[5]针对广州东越雅居商住楼和京东商业广场项目，对逆作法施工中钢管柱和土方开挖等关键技术进行研究，取得了较好成果。李森^[6]针对深圳市福山区某超高写字楼基坑深度大、场地狭窄和出土困难的特点，采用移动式钢丝绳抓斗，提高基坑出土效率。方胜勇^[7]针对温州商务大厦项目采用逆作法施工，对超深基坑挖土、出土等技术问题进行探索和实践。于佳佳等^[8]采用贝雷桥出土施工工艺，并与传统深基坑出土方式进行对比，表明贝雷桥在深基坑工程中，在工期和成本方面优势明显。刘宝奎等^[9]结合石家庄中山广场地铁站，提出联合盖挖逆作法和明挖作业的出土技术方案，通过科学合理地安排出土顺序，组织流水施工，可较好地优化整个基坑施工的工艺衔接和工期控制。

　　综上所述，现有常用出土模式可分为2种:(1)在逆作施工平台层取土时，选用长臂挖土机、伸缩臂挖土机、抓斗、升降机、履带式起重机或传输带将土方垂直提升至地面层;(2)采用车辆利用下坑栈桥或垂直升降设备系统的方式进入坑内装运土方。第1种模式对于以岩土为主的地层(渣土呈块状抓土、传输困难及抓斗、长臂挖土机单抓量小(3m³以内))，出土效率低，第2种模式对于白天不能外运、场内不能停放运输车辆的工况不利。

　　为此，针对旺旺医院(二期)———医疗大楼扩建工程(以下简称“湖南旺旺医院(二期)”)以岩土地层为主，地下室土石方工程量大，场内白天、晚上出土等特点，在参考[2]种传统出土模式基础上，提出了裙楼增设2个逆作大出土孔，利用裙楼柱网设计出跨越2个出土孔、直接支撑在结构柱的1条大型钢桁架，桁架上安装3台60t直线移动式起重机，其中，南向1台采用大负载渣斗进集土坑卸土、2台采用专用渣斗直接卸至外运渣土车辆上，渣斗按块石采用大开合结构，3台起重机均可吊装开挖设备下基坑的1套完整多功能组合出土系统，该系统有效解决在逆作法岩土方施工中垂直运输问题，加快施工速度，缩短工期。

　　1 工程概况

　　湖南旺旺医院(二期)项目为框架-剪力墙结构，地下室7层，层高从上往下分别为5.1,5.1,3,3,6.0,6.0,2.5m，基坑开挖深度32m，其中中风化泥质粉砂岩约20.0m，开挖总量约30万m³。本工程主楼采用上、下同步全逆作法、裙楼采用半逆作法施工即地下室逆作的同时主楼地上主体结构、裙楼地上主体结构暂不施工，裙楼1层楼面作为出土平台，待地下室逆作完成后再施工裙楼主体结构。

　　2 工艺原理及流程

　　2.1 工艺原理

　　根据湖南旺旺医院(二期)裙楼柱网尺寸、结构布置、逆作工况、地质情况设计2个大型出土孔，尺寸分别为24.2m×20.0m,15.8m×13.0m，并对出土孔进行结构加强。

　　因施工场地受限，裙楼1层施作逆作取土平台，划出重型车辆行走路线，平台施工荷载按35k N/m²取值进行结构加强，并敷盖25～40mm厚钢板保护。

　　根据柱网尺寸，设计8.4m(宽)×66.0m(长)×15.6m(高)门式钢桁架(门架)，门架支撑直接安装在裙楼1层框架柱柱顶上，门架上安装3台60t直线移动式起重机，并在南向室外设置1个1 200m³集土坑，加上2个可直接上车的作业平台，共3个出土点，实现多台、多功能白天、晚上同时作业，门架基础按800k N复核结构柱及桩基，并进行结构加强。出土装置布置如图1所示。

　　图1 出土装置布置  

　　根据地下室开挖中风化泥质粉砂岩量约20万m³及门式起重机最大载荷、外运渣土车辆车厢尺寸，分别设计25.8,14.5m³2种斗底大开合渣斗(见图2)。其中，25.8m³渣斗自重为9.7t、满载为59t,14.5m³渣斗自重为6.7t、满载为35t，斗底闭合采用钢丝绳一端固定在钢桁架横梁，一端勾在斗开合门页上并利用起重机将渣斗下落配合，通过钢丝绳向上提起的力与渣斗下落的重力共同作用将斗底关闭，关闭后再利用杠杆原理插上限位装置，然后将起重机上提，解开钢丝绳下钩，完成闭合动作。开启动作采用先落地后解除限位装置，通过起重机将渣斗向上提起后利用渣土自重开启斗底门页进行卸渣。

　　图2 渣斗设计  

　　2.2 工艺流程

　　深基坑出土施工流程为:(1)逆作法出土方案确定;(2)3×60t桁架门式起重机设计;(3)主体结构梁、板、柱、桩复核及加强;(4)逆作界面层至取土平台主体结构施工;(5)柱顶预埋件与主体结构一体化施工;(6)钢桁架加工，布置起重机;(7)养护取土平台混凝土达设计强度;(8)测量放线;(9)钢桁架运送至现场、拼装;(10)焊接固定钢桁架吊架;(11)小车运送至现场、吊装;(12)渣斗运送至现场、安装;(13)钢桁架、起重机载荷试验;(14)钢桁架、起重机联合验收，投入使用。

　　3 关键施工技术

　　3.1 出土方案确定

　　根据地下室基坑土层状态、结构设计及逆作工况的需要，确定主楼上、下同步逆作法，裙楼地上施工荷载按35k N/m²取值，钢桁架起重机柱基荷载按800k N取值，取土平台、桁架、出土孔施工前由设计院对其主体结构复核及加强，并出具施工图。

　　3.2 桁架门式起重机设计

　　根据斗高、外运渣土车高及起重机相关要求确定桁架设计高度，根据柱网尺寸、出土孔跨度、开挖深度、起重机负载量等由专业人员设计钢桁架、小车、预埋件等。钢桁架主梁采用钢箱梁660mm×450mm×20mm×10mm结构;钢柱、主斜撑采用H型，型号为HW400×400×13×21;副斜撑型号为HN400×200×8×13;小车跨度为8.4m，负载为60t，起升速度为1.0～10.5m/min(负载)。

　　3.3 主体结构梁、板、柱、桩复核及加强

　　选取现场东向裙楼1层楼板作为出土运输、堆场作业层，南端室外地下室顶板作为临时堆土场。从上至下布置2个出土孔，并在上方架设钢结构固定式门架，门架支撑在裙楼结构柱柱顶。门架上设置移动式起重机，南、北端均挑出5m进入堆土场，下方1层楼面上设置装渣接料作业平台，南向渣斗直接卸入堆土场，北向渣斗直接卸入环保型运渣车。由于门架直接支撑在结构柱柱顶，土石方直接堆放在1层楼板，因此，需根据实际荷载对主体结构梁、板、柱、桩进行复核及加强，确保其承载力满足要求。

　　3.4 逆作界面层至取土平台主体结构施工

　　逆作界面层为地下1层结构梁板，即地下1层明挖至地下1层楼板面下2.550m标高位置后，搭设支模架顺作地下1层结构梁板、柱、剪力墙，1层结构梁板。

　　3.5 柱顶预埋件与主体结构一体化施工

　　当主体结构施工至裙楼1层楼面时，在梁板钢筋绑扎好后安装钢桁架柱底支撑预埋件、绑扎好柱伸出楼面预留钢筋后，才能浇筑楼面混凝土。

　　3.6 钢桁架加工、起重机定货

　　钢桁架严格按设计图及安装专项方案，在工厂加工焊接好，并进行预拼装，起重机设备根据安装时间提前定好货。

　　3.7 钢桁架运送至现场、拼装

　　根据钢桁架构件重量、吊装高度，吊装设备采用1台80t汽车式起重机。

　　1)主梁拼装主梁全长66m，分成2段进行安装，主梁第1部分节段1,2根据标识利用M24高强螺栓拼接，第2部分节段3,4根据标识利用M24高强螺栓拼接，预备力矩174N·m，拧紧力矩471～829N·m。

　　2)主梁与门腿装配先按出厂标识找出各部分零部件，按图纸要求拼装门腿前后片，将门腿各型材法兰对接好，利用M24高强螺栓拼接。

　　3)门腿整体吊装落位块1,2门架在地面安装好后，分别进行整体吊装落位。并通过斜拉钢丝绳上手拉葫芦调整好2个门腿垂直度、直线度，并将门腿缆风绳收紧，防止倾翻。块1,2门架主梁接头处根据标识利用M24高强螺栓拼接，预备力矩174N·m，拧紧力矩471～829N·m。门腿下部与预埋件焊接连接并焊接三角筋板(此时门腿主杆与预埋钢板可视情况点焊)，此项吊装工程采用2台80t汽车起重机抬吊完成。块3,4门架同样安装到位。安装简图如图3所示，其中，角筋应与预埋板焊牢，暂可不与主腿焊接，主腿可视情况先进行点焊。

　　图3 门腿安装  

　　4)主梁连接横梁安装主梁连接横梁在地面查清标记，与主梁上连接法兰对应。利用1台80t汽车式起重机吊起，起吊至横梁安装位置，同时调整缆风绳使横梁可顺利放入2块法兰板之间。对好法兰板，同时收紧缆风绳，减小法兰板间距。利用M24螺栓拼接。另外3根横梁依次安装到位，锁紧横梁法兰处螺栓。

　　5)支腿斜支撑装配依据图纸位置和工厂标记，将对应斜支撑腿起吊至相应位置。调整好角度，与主腿拼接，其他斜支撑腿依次安装。斜支撑安装完成后，将所有门腿与预埋板焊接牢靠。此项起吊工程采用1台80t汽车式起重机完成。支腿斜支撑安装如图4所示。

　　后续安装吊装小车、扶梯、平台、操作室、机械和传动、电气、钢丝绳渣斗，完成总体拼装。

　　3.8 试运验收

　　安装工程施工完毕，应根据相关规范对其进行空载、静载、动载试运转，各试运转符合要求后，才能进行验收。

　　1)空载试运转应分别进行驱动、提升、行走试验，试验中各制动器能准确、及时地动作，各限位开关及安全装置动作应准确、可靠。小车车轮与运行轨道无卡涩，吊钩与小车结构不相碰。

　　图4 支腿斜支撑安装  

　　2)静载试运转的目的为检验起重机及各构件承载力。悬吊额定负荷距地100～200mm，静止悬挂10min，测量桥架主梁下挠度(不包括轨道下沉值)，一般应符合规定挠度允许值<L/800=11.5mm(L为起重机跨距);将小车停在主梁跨中或有效悬臂处，无冲击地起升额定起重量1.25倍荷载距地面100～200mm处，悬吊停留10min后，应无失稳现象。卸载后如未发现裂纹永久变形、油漆脱落或对起重机性能与安全有影响的损坏、连接处也无松动和损坏，则认为该项试验结果合格。

　　3)动载试运转的目的为验证起重机各构件和制动器功能。起重机各构件应分别进行1.1P动载试验，单项试验累计试验时间≥10min。试验应包括对各构件在整个运动范围内做反复启动和制动，还应包括对悬挂着的试验荷载做空中起动，此时试验荷载不应发生不受控制的运动。如分部件能完成其功能测试，并在随后的目测检验中未发现异常，则认为该项试验结果合格。

　　3.9 装渣及卸渣

　　卸渣作业流程为:解开限位装置→起重机提升渣斗，卸土→渣斗底口关门→插上限位装置、解钩→直接外运渣土车。

　　4 结语

　　1)采用跨越出土孔、直接支撑在主体结构框架柱顶上的固定式钢桁架结构，实现了承载能力重型化，并节约了基础费用，加大了场地使用空间，实现了1榀桁架安装多台起重机、多个卸土平台、多个出土点，从而加快了工程施工进度。

　　2)采用集土坑、直接装至外运渣土车多模式卸土方式，白天土石方可堆放在集土坑内，晚上集土坑与直卸点同时外运出土，从而实现全天候出土施工，加快了施工进度，降低了土石方出土成本。

　　3)采用25.8,14.5m³2种大体积、大吨位、斗底大开合渣斗，解决了块石装卸及堆场小的难题，并节约了起重机行走、外运上车及渣斗开合斗时间，从而提高了出土功效。