深基坑懸掛馬道施工技術

王 加 薛建房

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

1 工程概述

北京市西城區(qū)金融街G6地塊，東鄰中國石油國際實業(yè)大廈、國信證券股份有限公司辦公樓、總政歌舞團住宅，南鄰成方街，西鄰金融大街，北鄰西盛街。總建設面積130 000 m2，東西長106 m，南北寬136 m，基坑深度約為25 m，基坑邊線距離結構邊線1.5 m，為保證工期節(jié)點，現(xiàn)場無法采用放坡坡道。根據(jù)現(xiàn)場情況，為了滿足人員進出基坑作業(yè)方便及滿足緊急情況下人員疏散的需要，在基坑的北側及南側各安裝1套懸掛馬道，懸掛馬道由2榀三角托架（托架之間由橫梁連接）、十字盤塔梯、連墻件構成，懸掛馬道最大懸掛高度為25.5 m，防護棚高度為3.5 m。

2 方案確定

為保證懸掛馬道三角托架端部的有效受力，馬道安裝之前，在三角托架端部位置澆筑混凝土梁作為基礎，梁內(nèi)預留埋件，將三角托架通過埋件固定于基礎墩上，護坡樁的冠梁作為三角托架的支點承受整個馬道的荷載，三角支架的支腿利用拉結桿與護坡樁相連，增加穩(wěn)定性。將事先裝配好的十字盤塔梯用塔吊一次整體吊裝就位固定于三角托架上，二者采用螺栓進行連接，為了保證塔梯的整體穩(wěn)定性，塔梯采用附墻裝置與支護樁進行拉結。隨著地下結構施工的進行，對馬道由下而上進行拆除，當拆除底部一跑馬道時，上部整個馬道處于懸空狀態(tài)，為了進一步保證馬道的穩(wěn)定性，懸掛位置的馬道采用立柱回頂支撐于結構樓板之上[1]。

3 懸掛馬道安拆施工

3.1 混凝土基礎墩施工

為保證三角托架端部的穩(wěn)定性，澆筑1條1 000mm×900mm×6 000mm的C30混凝土梁作為三角托架的錨固端，混凝土梁內(nèi)預埋4根φ25mm的長螺栓，預埋深度400mm，螺栓與三角架橫梁（雙16#槽鋼）連接。

當混凝土強度達到100%時，方可進行三角托架的安裝。

3.2 三角托架施工

三角托架是整個馬道的受力結構，分為錨固段和懸挑段，錨固段長度為3.2 m，懸挑段長度為4.8 m。

三角托架由主梁、立桿、附墻撐和斜撐組成，各鋼件之間均通過螺栓連接，根據(jù)塔梯的搭設寬度，將三角托架設計成2榀，托架主梁由雙16#槽鋼焊接而成，其他桿件采用角鋼連接而成。

錨固段主梁一端放置在基礎梁上，靠預埋螺栓將二者固定，支點落在護坡樁冠梁上，由于冠梁與基礎梁存在高差，托架主梁與冠梁之間的空隙由槽鋼填滿，縫隙采用木楔擠緊。為增加懸挑段的剛度，在托架主梁的懸挑段設計由立桿和斜桿組成的三角撐，三角撐的立桿與護坡樁通過附墻撐進行有效拉結，進一步增強了三角托架的穩(wěn)定性（圖1）。

圖1 三角托架安裝節(jié)點

3.3 十字盤塔梯施工

3.3.1 塔梯拼裝

1）三角托架固定完畢后，開始拼裝十字盤馬道。拼裝場地應該平整，立桿采用十字盤扣架，4根立桿大頭朝下，下部墊通長腳手板。由于馬道拼裝較高，故應采取臨時固定措施，保證豎向穩(wěn)定性。拼裝流程：安裝立桿→安裝橫桿→安裝梯子和斜桿→依次安裝扶手、平臺欄桿、擋腳板及防護網(wǎng)等（圖2）。

圖2 塔梯拼裝示意

2）下部馬道拼裝好后，將2根雙16#槽鋼與立桿連接件通過螺栓連接，一邊伸出55 cm，用立桿連接銷固定上下梯子立桿。為安全起見，將25.5 m的馬道上部的護頭棚4根立桿先裝起高3 m立桿，并將四周水平桿安裝起來，形成封閉的安全空間，然后將馬道整體通過塔吊或吊車一次提升到三角托架上，再用4個橫縱梁連接件將三角托架的橫梁和次梁固定。

3）十字盤塔梯吊裝。通過塔吊對預先配裝好的塔梯進行整體吊裝（圖3），吊裝就位后用螺栓與三角托架主梁進行連接。

4）拉結做法。為保證馬道整體的穩(wěn)定性，設置馬道附墻裝置，對馬道進行拉結（圖4），附墻裝置的高度方向距離不宜大于6 m。

圖3 馬道整體吊裝示意

圖4 馬道拉結節(jié)點示意

3.3.2 防護棚安裝

懸掛馬道吊裝完畢后，最后安裝防護棚、施工便道，至此，基坑馬道整體安裝完畢。

3.3.3 馬道拆除

隨著基礎結構的施工，馬道由下而上進行拆除，由于各構件采用螺栓進行連接，所以拆除較簡單。首先拆除外部圍擋片，僅剩下立桿以及水平連接桿，然后拆除水平連接桿，再拆除銷釘連接的立桿，最后當下一跑馬道全部拆除后，為保證懸空馬道的穩(wěn)定性，下一跑馬道采用鋼管立柱進行回頂（圖5）。由于懸掛式馬道的受力點在基坑上端，所以工人拆除時基本不存在安全問題。

圖5 拆除過程示意

3.3.4 其他防護措施

為了使人員上下馬道更方便、安全，懸掛馬道可以采用可調(diào)底座及φ60mm鋼管將4根立桿進行生根處理。通過可調(diào)底座調(diào)整高度，將馬道的部分荷載卸載在底板或樓板上。

在最下一跑樓梯高度處用φ48mm鋼管搭設1∶3坡道，用于人員上下。

4 結構安全驗算

4.1 荷載計算

4.1.1 塔梯自重

塔梯下掛部分共25.5 m，塔梯每米自重2 000 N，防護網(wǎng)每米自重1 300 N，護頭棚與跳板總重為9 300 N，分項系數(shù)取1.35。則塔梯下掛部分總重為68.85 kN，防護網(wǎng)總重為44.75 kN，護頭棚及跳板自重為12.56 kN。

4.1.2 活荷載計算

塔梯荷載按滿載計算（總限載50人，每人800 N），荷載分項系數(shù)取1.4，則下掛塔梯活荷載為56 kN。

4.2 施工階段受力計算

4.2.1 荷載施加說明

塔梯總荷載為：68.85＋44.75＋12.56＋56=182.16 kN，有4個支點，故每個點傳到槽鋼次梁上的力為182.16/4=45.54 kN。

本工程單榀三角托架設置2個錨固點，計算時取第2個錨固點作為受力最不利情況計算。將次梁支反力作用于三角托架上。

4.2.2 主要受力桿件驗算

經(jīng)驗算，本工程主要受力桿件均滿足要求。

4.2.3 三角架主梁的受力驗算

主梁為雙16#槽鋼，經(jīng)驗算，應力滿足要求。

4.2.4 三角架立桿的驗算

立桿為雙16#槽鋼，經(jīng)驗算，應力滿足要求。

4.2.5 支座反力

本工程節(jié)點處支座最大反力為75.06 kN，方向水平向左；豎向反力為41.27 kN，方向豎直向上（圖6）。

圖6 計算簡圖

三角托架通過錨栓固定在新澆筑混凝土梁上，錨栓強度需滿足計算中錨固節(jié)點支反力需求。本工程單榀三角架設置2個錨固點，保險起見，計算時僅對單個錨固點最大抗拔力進行計算。

錨固強度計算時，應考慮一定的安全度，錨固強度應按下式計算：

式中：F——錨固力，即作用于地腳螺栓上的軸向拔出力，本工程為41.27 kN；

d——地腳螺栓直徑，本工程為25mm；

h——地腳螺栓在混凝土基礎內(nèi)的錨固深度，本工程為400mm；

[τb]——混凝土與地腳螺栓表面的黏結強度和容許黏結強度，一般在普通混凝土中取1.5～2.5 MPa，安全起見，本工程取1.5 MPa計算。

經(jīng)計算，F(xiàn)=58.88 kN＞41.27 kN，滿足要求。

錨桿為φ25mm的45#鋼，其抗拉強度為ft=295 MPa，則拉應力σ=F/A=84.12 MPa＜295 MPa，滿足要求。錨桿剪應力τ=N豎向/A=153 MPa＜170 MPa，滿足要求。

4.2.6 下掛塔梯立桿與立桿連接件節(jié)點處銷軸抗剪計算

塔梯下掛部分總荷載為182.16 kN，塔梯立桿與立桿連接件節(jié)點用φ16mm的銷軸連接，共有4個節(jié)點，則單個銷軸所受剪力為182.16/4=45.54 kN（圖7）[2]。

圖7 塔梯立桿與立桿連接件節(jié)點

插銷為φ16mm的45#鋼，因此剪應力τ=N豎向/2A=113.31 MPa＜170 MPa，即插銷滿足要求。

4.2.7 混凝土配重梁驗算

新澆筑混凝土梁的混凝土強度等級為C30，混凝土自重取25 kN/m3，經(jīng)驗算，混凝土梁配重大于錨固裝置拔力，滿足設計要求。

5 結語

本工程通過對懸掛馬道安裝過程中的每個環(huán)節(jié)進行把控，深入學習，發(fā)現(xiàn)其中的創(chuàng)新點，并運用科學的方法、新的思維模式，科學有效地進行技術管控，在整個安裝過程中達到了預期效果，得到了業(yè)主、監(jiān)理單位的一致好評，為今后類似深基坑工程的馬道施工提供了借鑒。