廠房內多個大型設備基礎近距離支護施工技術

江蘇無錫二建建設集團有限公司 無錫 214061

1 工程概況

無錫地鐵1#線西漳車輛段與綜合基地聯合車庫面積為24 385 m2，基礎采用“預應力空心方樁+鋼筋混凝土”獨立基礎，基礎深度-1.90 m，主體為鋼排架結構、鋼結構輕型屋面板，建筑外墻為磚墻圍護和劈離磚飾面。

2 施工難點

本工程固定式架車機設備基礎位于聯合車庫廠架修庫內，共計12座，均為現澆鋼筋混凝土結構，基坑底標高-5.90 m（黃海高程-1.90 m），最大開挖深度4.30 m。場區地形平坦，地表水系發育。基底地質構造與水文地質條件較復雜，常年穩定水位1.25 m。

圖1 基坑平面布置示意

設備基礎外邊線離承臺外邊凈距離為1.90 m，平面位置關系見圖2。

圖2 基坑與基礎承臺關系示意

根據設計確定的施工方案，需要在室內進行高壓旋噴樁施工，而該工法在我公司屬首次使用，施工中不確定因素較多。

3 基坑支護設計

3.1 現場方案論證

本工程共有7個基坑，每個基坑開挖深度均為原土層下4.30 m。支護的主要目的是確保基坑一邊廠房基礎承臺結構安全，同時確保邊坡安全和穩定，因此所處基坑環境條件較為復雜。業主及設計單位原考慮采用深層攪拌樁支護兼做止水帷幕。該方案理論上可行，但實際因處于室內施工，室內靠軸處上部為鋼梁，高度僅9 m，無法滿足施工機械條件。后來又考慮在該部位采用鋼板樁支護，該方案雖然可操作，但受現場室內高度條件限制，鋼板樁施工完成后無法拔出，造價偏大。

我方在認真研究上述方案存在的問題后，因地制宜，根據現場環境、地質土層情況和軸坡頂位移條件限制等綜合環境條件，提出采用“土釘噴錨支護+高壓旋噴樁止水帷幕”支護體系。將距離較近的2個設備基礎坑連為1個基坑，因此共設計成7個基坑進行施工。

3.2 支護設計

根據現場不同情況分別采用3個剖面的支護。其中在基坑北側即軸處，考慮廠房基礎距離坑邊很近，需重點保護，因此對土釘墻錨桿進行了加長，第1道為6 m，第2、第3道為9 m。根據地質勘察報告，基底已經進入了粉土層，因此在該剖面旋噴樁加插φ48 mm鋼管以增加側向剛度。3-3剖面原考慮從兩側分別設置錨桿，在開挖后將樁頂連起來，錨筋兩側拉通。各剖面支護見圖3～圖5。

圖3 1-1剖面示意

圖4 2-2剖面示意

圖5 3-3剖面示意

4 支護施工方法

4.1 總體思路

本工程總體思路及施工順序安排如下：首先施工φ700 mm＠500 mm高壓旋噴樁，施工完成養護7 d后開始開挖土方，土方開挖按基坑設計要求，分層、分段開挖：第1次土方開挖至-3.00 m，土釘墻及護坡工作跟上完成；第2次土方開挖至-4.60 m，土釘墻及護坡工作跟上完成；第3次土方開挖至-5.90 m，土釘墻及護坡工作跟上完成；坑底澆筑排水溝。當承臺位置位移量仍然有發展時，應急預案將采用型鋼在基坑內進行支撐的措施。

4.2 高壓旋噴樁施工方法及主要技術措施

4.2.1 鉆機的定位、固定

鉆機按樁基施工順序安放在相應的樁位上，施工時鉆桿保持垂直，允許偏斜不得大于1.50°。鉆頭應對準孔位中心，鉆機鉆孔位置與設計圖紙上標示位置的偏差不得大于100 mm。旋噴機機座就位時要平穩放置，樁基孔位與立軸或轉盤對齊，傾角與設計誤差不得大于1%的規范要求。

4.2.2 鉆孔

本工程7個基坑邊坡均采用單管旋噴法施工。施工時插管與鉆孔同時進行，即鉆孔至設計標高時插管作業同時完成。在插管時，為防止噴嘴被泥砂堵塞，噴嘴可用較小壓力一邊射水一邊插管，水壓力一般不超過0.50～1 MPa，插管至設計標高后停止鉆進，并旋轉不停。

4.2.3 注漿及噴灌管提升

在現場高噴灌漿試驗施工前，應先對漿液做配合比試驗，測定漿液最佳拌制時間、密度、流動性、穩定性、初凝時間、終凝時間，以及漿液固結體密度、強度、彈性模量和透水性等。高壓噴射注漿時，要同時不斷地進行進、回漿漿液的密度檢測，漿液密度出現異常須立即查明原因，調整配比及漿液密度，確保施工質量。高噴施工過程中，采取降低水位、坑內填砂等措施保證孔內漿液上返暢通，防止加固區土體被劈裂；噴射過程中的返漿水泥含量應控制在進漿量的20%左右。高壓噴射注漿時，由于壓力較大，容易發生串漿，影響鄰孔的質量，應采用間隔跳打法施工，一般兩孔間距要大于1.50 m。

4.2.4 移機清洗

噴射施工完畢后，卸下注漿管，立即用清水將各通道、注漿泵、送漿管路和漿液攪拌機沖洗干凈，并擰上堵頭。空氣管路和高壓泵管路用送風、送水功能沖洗干凈。清洗不及時、不徹底會使漿液在輸漿管路中沉淀結塊，堵住高壓輸漿管路和噴嘴，造成后續注漿困難，清洗干凈后將鉆機等機具設備移到要施工的樁位上，重復以上工作。

4.3 土釘墻施工方法

施工工藝：測量、放線定位→土方開挖，修整邊坡→校正孔位→調整角度→鉆孔→提出內鉆桿→插鋼筋→壓力灌漿→養護→綁扎鋼筋網→噴射混凝土。

4.3.1 定位放線

按照基坑設計圖紙要求，根據定位軸線放出基坑開挖邊線，用白灰撒出邊線，作為開挖基坑邊線。

4.3.2 基坑土方開挖、邊坡修理

采用反鏟挖土機分層、分段開挖，預留厚15 cm土方進行人工修坡，分層開挖深度在每層土釘孔位下50 cm，給土釘墻施工留有工作面。邊坡開挖前，對坡頂做素混凝土封閉處理，并設置排水溝引流至安全地帶。邊坡開挖后，先確定基坑放樣尺寸，然后進行人工切削、修整，使邊坡表面保持平整，允許偏差控制在-20～20 mm以內，防止出現過大凹凸，松動部分必須予以清除，對修整后的邊壁應立即噴上一層薄砂漿。

4.3.3 土釘鉆孔

土釘鉆孔施工前，按設計要求畫線量尺，確定鉆孔位置，做好標記、定出編號。鉆孔過程中無法鉆入時應調整孔位，調整時應重新考慮與原有支護的聯系，不得降低支護的安全性。

成孔時應按編號做好記錄，按上述定出的編號逐一記載土體特征和成孔質量，施工時若無法成孔，處理方法也應記錄。并將現場取出的土體參數與支護設計時計算的土體參數加以對比，根據現有土體參數修改設計參數，及時反饋修改設計以指導施工。

本工程土釘鉆孔主要采用人工洛陽鏟，但是由于施工范圍內地層的特殊性，本工程土釘有時需要采用錨桿鉆機進行成孔。

鉆孔完成后進行清孔檢查，孔中若出現局部滲水、坍孔或掉落松土等現象，可采用壓漿處理，同時將土釘鋼筋放入并馬上注漿。

4.3.4 土釘鋼筋支設

為將土釘鋼筋安置于鉆孔的中心，可在土釘鋼筋上安設定位支架，在土釘鋼筋放入孔中前，預先在土釘鋼筋上燒焊好定位支架，支架沿釘長的間距約為2 m，保證鋼筋處于孔中心位置，注漿后混凝土保護層厚度大于25 mm。支架采用鋼筋制作，使其不妨礙漿體自由流動。測放好孔位，定好角度，將加工后的φ16 mm鋼筋一次錘擊到位，以減少對土體的影響，提高錨固力。鋼筋按照圖紙所示位置進行安放。

根據設計要求：注漿水泥使用P.O 42.5水泥，水泥凈漿的水灰比為0.45。采用底部低壓注漿的方式注漿，注漿導管插至距孔底300 mm，將按配比攪拌好的水泥漿注入底部，同時將導管緩慢勻速拔出，注漿導管口埋在漿體表面下，確保孔中氣體能全部排出。注漿采用二次注漿，注漿壓力為0.50～0.80 MPa，注漿管和土釘鋼筋同時入孔，第1次注漿注滿后間隔約20 min后進行補入水泥漿，補漿次數不少于2次，并使孔內水泥漿飽滿穩定后邊注入水泥漿邊拔出注漿管。第1次注漿結束2 h后進行第2次注漿，操作時間不得提前或推遲，即第2次注漿在第1次注漿的漿液初凝時進行[1,2]。

4.3.5 鋼筋網鋪設

根據基坑支護設計要求，鋼筋網片鋼筋為φ6 mm，間距為200 mm×200 mm，采用人工現場綁扎，搭接長度為300 mm。土釘鋼筋與鋼筋網通過φ14 mm井字形加強筋橫向、豎向焊接在一起。鋼筋網片和壓筋綁扎完成后，采用混凝土墊塊將土釘之間的鋼筋網片墊起30 mm，土釘處的鋼筋網片墊起間隙不小于12 mm。

4.3.6 面層噴射混凝土施工

按通過試驗確定的配合比，調制好噴射混凝土，混凝土強度為C20，粗骨料粒徑最大為10 mm，水灰比為0.45。在邊坡上每隔1 000 mm打入φ14 mm垂直短鋼筋，伸出邊坡100 mm，確保混凝土厚度達到設計要求，混凝土依次分層、分段施工，混凝土分2次、2層噴射，第1次噴射厚度為40 mm，并將上下左右接縫錯開，接縫在下次施工之前要清理干凈，用水潤濕。混凝土噴射完畢后應進行強度養護，養護時間依氣溫環境條件確定為7 d。

5 施工中遇到的問題及應急預案

在完成高壓旋噴施工和一定的養護期后，在基坑開挖和土釘噴錨施工時，基坑監測同步進行。基坑位移和沉降觀測數據表明：軸、軸交軸的2個承臺位置產生少量的位移，現場觀測這2個承臺附近的基底土層面也出現細小的裂縫，鑒于以上原因，為防范于未然，項目部采用以下應急預案[3,4]：

1）如承臺位移趨于穩定，為確保基坑安全，在標高-4.80～-4.60 m處底板澆筑完成后增設傳力帶，采用C15混凝土進行回填，以提高對邊坡的保護，如圖6所示。

圖6 土方回填及混凝土傳力帶示意

2）當承臺位移量達到8 mm時，應在相應位置的另外一側進行卸荷及排水，以減少側向土壓力和水壓力，同時加強監測，確定卸荷效果，具體卸荷方法如圖7所示。

圖7 卸荷坑平面和剖面示意

3）當卸荷效果不明顯，承臺位置位移量仍然有發展趨勢且位移量達到10 mm時，應采用型鋼在基坑內進行支撐，直到穩定為止，具體支撐方法如圖8所示。

經過上述處理后，基坑位移趨于穩定，項目部采取各基坑跳格開挖施工，組織搶奪底板施工工期，在完成底板澆筑后回填完成混凝土傳力帶支撐，再開挖相鄰基坑，這樣形成流水施工，既確保了工期，又保證了基坑安全。

圖8 支撐剖面和基坑俯視示意

6 基坑監測

6.1 基坑監測要求

基坑監測要求主要包括廠房內7個基坑的四周邊坡水平位移監測、基坑邊柱的水平位移監測及廠房內地面、柱的沉降監測，根據設計圖紙要求設置水平位移監測點，共布設水平位移和沉降位移監測點26個。

6.2 監測結果分析

1）基坑水平位移監測：在整個監測過程中，基坑監測點的累計水平位移量在0.60～12.50 mm之間，均未超過報警值（0.30%挖深）；水平位移變化速率也均未達到設計要求的報警值（3.00 mm/d）。

2）基坑垂直位移監測：在整個監測過程中，基坑垂直位移監測點的累計沉降量在-0.70～3.75 mm之間，均未超過報警值（0.20%挖深）；其變化速率也均未達到報警值（2.00 mm/d）。

3）周邊建筑沉降監測：在整個監測過程中，基坑的周邊建筑（本次監測僅要求對聯合車間進行）上39個監測點的累計沉降量在1.15～3.45 mm之間，其變化速率也均未達到報警值（2.00 mm/d）。

在整個基坑開挖施工過程中，基坑水平位移監測、垂直位移監測和周邊建筑沉降監測指標均在安全范圍之內，基坑工作狀態安全穩定。

7 結語

無錫地鐵1#線西漳車輛段與綜合基地聯合車庫內固定式架車機基礎施工已經全部順利完成。經理論計算與實踐來看，通過采用“土釘噴錨支護+高壓旋噴樁止水帷幕”支護體系解決車輛段內場地受限條件下的大型設備基礎深基坑支護是可行的。這種支護體系作為一種成熟的工藝，在大量深基礎施工中運用廣泛，但在車輛段室內采用尚屬首次，其工期短、施工便捷、既安全又經濟的優勢為今后類似項目的施工開辟了新思路、提供了實踐依據。