王春橋，伊新東，金雪峰，郭永寧，劉一鋒

（中國建筑一局(集團(tuán))有限公司 西北分公司，陜西 西安 710000）

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，建（構(gòu)）筑物的空間布局越來越趨于密集，此類施工項(xiàng)目場地內(nèi)可利用空間被大幅度壓縮，地下室結(jié)構(gòu)邊緣盡可能靠近用地紅線，由此造成地下室外墻、基坑護(hù)坡面以及施工場地圍墻相互之間的距離非常近，并使得深基坑肥槽回填作業(yè)區(qū)域狹小，渣土車及挖掘機(jī)等機(jī)械均無法通行，極大地增加基坑回填作業(yè)施工難度和成本[1-2]，即使?jié)M足作業(yè)空間要求，當(dāng)滿負(fù)荷載的重型車輛在基坑坡頂行駛時(shí)，會(huì)對(duì)未回填完成的基坑周邊土體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，對(duì)基坑穩(wěn)定性及肥槽內(nèi)作業(yè)人員產(chǎn)生極大的安全隱患。相較于運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備，皮帶輸送機(jī)具有諸多優(yōu)勢，例如便于操作、輸送能力強(qiáng)、能源消耗小、輸送平穩(wěn)、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸?shù)龋陙?，皮帶輸送機(jī)在港口、物流、工廠等行業(yè)和領(lǐng)域，逐漸得到更加廣泛的普及和應(yīng)用。

1 皮帶輸送機(jī)用于肥槽回填可行性研究

1.1 案例概況

秦都高鐵樞紐換乘中心項(xiàng)目基坑近似正方形，東西向、南北向距離均約260m，基坑周長1 025m，地下室外墻距離護(hù)坡面距離為2m，護(hù)坡面距離場地圍墻距離為1～3m，基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高14.85m。地下室頂板設(shè)計(jì)標(biāo)高396.1m，冠梁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高396.0m。地下結(jié)構(gòu)外圍肥槽回填總量約3 萬m3，采用2∶8 灰土進(jìn)行回填，壓實(shí)系數(shù)為0.94。當(dāng)基槽寬度大于1m 的部位可采用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)碾壓，碾壓每層鋪土厚度不應(yīng)大于300mm，每次壓實(shí)遍數(shù)3～4 遍，對(duì)邊角、轉(zhuǎn)角及寬度小于1m 的部位可采用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)，每層需鋪土厚度為200～250mm，每次壓實(shí)遍數(shù)3～4 遍。

1.2 皮帶輸送機(jī)的構(gòu)造及原理

皮帶輸送機(jī)由輸送皮帶、機(jī)架、滾筒、托輥、電動(dòng)機(jī)等部分組成。電動(dòng)機(jī)作為皮帶輸送機(jī)的動(dòng)力源，機(jī)架、滾筒、托輥等作為皮帶連續(xù)傳動(dòng)的載體，輸送皮帶既是承載構(gòu)件也是牽引構(gòu)件，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下，承載于輸送皮帶上的物料從一個(gè)地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地點(diǎn)。一般而言，卸料部分設(shè)置在皮帶輸送機(jī)的端部位置，特殊情況下，可以采用在特定點(diǎn)設(shè)置擋料器的方式實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)卸料。

由于皮帶在與滾筒摩擦傳動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷輸送。當(dāng)設(shè)置皮帶轉(zhuǎn)速為0.5m/s，且考慮物料在皮帶上攤鋪寬度小于皮帶寬度的不利因素，皮帶輸送機(jī)的輸送能力可達(dá)200m3/h 以上。

1.3 皮帶輸送機(jī)的安裝

本工程設(shè)計(jì)采用皮帶帶寬600mm，機(jī)架整體寬度900mm，使用10#槽鋼作為機(jī)架整體骨架梁，用于固定滾筒、托輥，在骨架梁上每隔6～8m設(shè)置一組H 型立柱底座，承受并傳遞皮帶、物料、骨架等全部荷載。為了方便回填作業(yè)，可將皮帶輸送機(jī)機(jī)架設(shè)置于基坑肥槽正上方，在冠梁頂和地下室頂板面上每間隔6～8m 設(shè)置1 根16#工字鋼，并將輸送機(jī)機(jī)架立柱與工字鋼固定牢固。

1.4 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

本工程設(shè)計(jì)采用兩段式布置皮帶輸送機(jī)，如圖1 所示，A、B 分別為基坑拐角，C 為基坑中部位置，每段皮帶長120m，分別在A 點(diǎn)（或B點(diǎn)）、C 點(diǎn)位置各設(shè)置1 個(gè)高臺(tái)輸送口，如圖2 所示。第一階段先進(jìn)行AC 段肥槽回填，之后轉(zhuǎn)移至中間輸送口進(jìn)行剩余段即CB 段肥槽回填。此方案在皮帶、滾筒等設(shè)備設(shè)施一次性投入方面經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，此外，在AC 段肥槽已經(jīng)回填完成的情況下，在原基坑作業(yè)面周邊，無論是人員行走還是轉(zhuǎn)運(yùn)輸送機(jī)材料，安全性均得到大幅提升。

圖1 皮帶輸送機(jī)布置及回填路線方式示意圖

圖2 皮帶輸送機(jī)輸料方式示意圖

由于輸送皮帶設(shè)計(jì)型式為U 型，因此，每組按左、中下、右設(shè)置3 個(gè)滾筒、托輥，每間隔0.7～1m 設(shè)置1 組，以保證皮帶在承載后不發(fā)生凹陷。另外，還需間隔一定距離在左右兩側(cè)分別設(shè)置立輥，以確保皮帶在運(yùn)行過程中不發(fā)生跑偏。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，冠梁頂和地下室頂板面標(biāo)高相差100mm，因此，在設(shè)置16#工字鋼時(shí)，需要在冠梁端工字鋼底部加設(shè)襯墊，確保機(jī)架整體水平。為了保證機(jī)架整體剛度和穩(wěn)定性，工字鋼以及工字鋼與H 型立柱連接均需采取一定措施進(jìn)行加固穩(wěn)定。

根據(jù)輸送物料荷載的不同，選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)及數(shù)量也不盡相同。本工程根據(jù)實(shí)際情況，選用1 套40kW的電機(jī)，并在送料口和卸料口附近，分別設(shè)置1 個(gè)主動(dòng)傳送輪和被動(dòng)傳送輪，在降低能耗的條件下，確保皮帶與滾筒之間不出現(xiàn)打滑，實(shí)現(xiàn)皮帶輪運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢。

2 經(jīng)濟(jì)性分析

以完成一側(cè)260m 長的肥槽回填任務(wù)為例，傳統(tǒng)的渣土車運(yùn)輸回填方式與皮帶輸送機(jī)回填方式需用的主要機(jī)械及人工數(shù)量如表1 所示。

表1 綜合成本與工期對(duì)比分析表

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工工效分析，渣土車運(yùn)輸回填方式需要投入更多的施工機(jī)械完成作業(yè)，還需要配合更多的人工以實(shí)現(xiàn)日趨嚴(yán)格的環(huán)保政策要求，做到對(duì)進(jìn)出車輛及臨時(shí)道路及時(shí)進(jìn)行沖洗，此外，為滿足道路百分百硬化和方便渣土行駛的要求，需要硬化或采用鋼板鋪設(shè)260m 回填作業(yè)面周邊道路。表1 中，120m 的皮帶輸送機(jī)具體還包括600mm 寬皮帶210m、電機(jī)1 套、100#槽鋼機(jī)架420m、托輥及滾筒80 套、張緊裝置1 套、擋料器1 套、其他附件若干。皮帶輸送機(jī)回填方式需要購買皮帶運(yùn)輸設(shè)備，一次性投入較大，但在合理的設(shè)備攤銷和折舊基礎(chǔ)上，按回填260m長度肥槽計(jì)算，仍然具有較大的優(yōu)勢。此外，由于皮帶輸送機(jī)按兩段式布置，其不利因素主要是倒運(yùn)設(shè)備及二次安裝需要占用一定的工期和成本，但相較于渣土車運(yùn)輸回填方式，其優(yōu)勢是只需要硬化或采用鋼板鋪設(shè)130m 回填作業(yè)面周邊道路即可。

在設(shè)定回填料供應(yīng)充足、嚴(yán)格按300mm 厚分層攤鋪壓實(shí)、回填作業(yè)不受雨天影響等連續(xù)施工情況下，渣土車運(yùn)輸回填方式計(jì)算得出費(fèi)用總計(jì)32.7 萬元，工期43 天。采用皮帶輸送機(jī)回填肥槽方式計(jì)算得出費(fèi)用總計(jì)11.6 萬元，工期20天。同傳統(tǒng)渣土車運(yùn)輸回填方式相比，共計(jì)節(jié)約成本21.1 萬元，減少工期23 天，工期及經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢明顯。

3 安全性分析

由于本工程地下室外墻距離護(hù)坡面距離為2m，護(hù)坡面距離場地圍墻距離為1～3m，深基坑肥槽回填區(qū)域狹小，回填作業(yè)渣土車及挖掘機(jī)等機(jī)械均無法通行，不僅給回填作業(yè)造成道路不通、額外修路及道路硬化、機(jī)械作業(yè)效率低下等諸多施工困難。

即使肥槽回填作業(yè)滿足場地空間要求，當(dāng)滿負(fù)荷載的重型車輛在基坑坡頂行駛時(shí)，也會(huì)對(duì)未回填完成的基坑周邊土體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，造成護(hù)坡面土體沉降增加、樁間土掉落以及局部坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。此外，肥槽回填作業(yè)期間，人員需進(jìn)入肥槽內(nèi)進(jìn)行外墻防水保護(hù)層施工、人工整平及打夯等作業(yè)，從上方掉落的樁間土及被車輛擾動(dòng)掉落的土塊均有可能對(duì)人員造成物體打擊傷害。因此采用傳統(tǒng)渣土車運(yùn)輸回填方式，對(duì)基坑穩(wěn)定性及肥槽內(nèi)作業(yè)人員產(chǎn)生極大的安全隱患。

另一方面，渣土車、推土機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械在基坑坡頂作業(yè)時(shí)，極大概率上將造成回填作業(yè)區(qū)域內(nèi)的電纜線、消防水管及施工用水管等地下管線造成不同程度的破壞變形、損壞等，不僅可能由此引發(fā)觸電等生產(chǎn)安全事故，還會(huì)造成局部或大范圍停電停水等事件，嚴(yán)重影響施工現(xiàn)場正常生產(chǎn)秩序和周邊居民生活。

4 注意事項(xiàng)

由于皮帶輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)輸送，因此，可嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)分層鋪土厚度300mm 的回填要求，而采用裝載機(jī)向肥槽內(nèi)鏟土回填，填料在肥槽內(nèi)容易形成局部堆積，使用小型機(jī)械配合人工攤鋪300mm 厚需要耗費(fèi)大量時(shí)間，如若攤鋪厚度過大或不均勻，往往會(huì)出現(xiàn)回填后沉降明顯以及室外地坪開裂、空鼓、下陷等質(zhì)量問題。

5 結(jié)語

應(yīng)用皮帶輸送機(jī)技術(shù)可以有效解決基坑狹窄空間肥槽回填場地不足的問題，提高回填作業(yè)效率，極大節(jié)約施工工期；從經(jīng)濟(jì)性方面，可大幅度減少生產(chǎn)成本，避免資源浪費(fèi)，提高收益率；從本質(zhì)安全角度考量，能從源頭消除渣土車行駛對(duì)基坑邊坡的影響，有效避免基坑擾動(dòng)引發(fā)基坑坍塌等生產(chǎn)安全事故。因此，采用皮帶輸送機(jī)技術(shù)開展肥槽回填方式不僅能給施工企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有良好的社會(huì)效應(yīng)。