廠房內圓形超深設備基坑雙層咬合樁支護及挖土施工技術

張程寶 潘偉峰 華錦耀

1.寧波冶金勘察設計研究股份有限公司 浙江 寧波 315040；2.大榮建設集團有限公司 浙江 寧波 315192；3.浙江鴻晨建設有限公司 浙江 寧波 315032

既有廠房工藝設備的改造提升，往往需新增超深設備基礎。當在軟土地基區廠房室內鄰近框架柱施工超深設備基礎時，可應用的超深設備基坑圍護樁墻有弧形或折線形地下連續墻、素葷混凝土咬合樁、外樁墻內沉井等圍護類型。

弧形或折線形地下連續墻成槽施工時，雖可預先加固槽壁，但液壓抓斗機設備高大，無法在廠房有限的空間內操作，且圓弧半徑小，容易引起槽壁坍塌，影響既有廠房柱基礎位移變形，地下連續墻鋼筋籠需分節，安裝時間長；外樁墻內沉井施工時，雖然有外樁墻預先施工形成外保護套，但是在超深沉井多節式下沉施工時難以控制突沉和垂直度[1]。

通過對上述難點進行分析，并經過認真調查研究，最終選擇雙圓環式鉆孔灌注咬合樁墻且兩環樁墻之間的高壓旋噴樁填芯截水帷幕作為超深設備基坑的圍護結構，既解決了廠房內狹小空間的施工難題，又保護了鄰近廠房柱基礎，控制了既有設備基礎的變形位移[2]，更滿足了超深設備的安裝精度要求。經過多個工程應用，實踐效果較好。

1 工程概況和地質條件

1.1 工程概況

背景工程為寧波市博威合金板帶有限公司綜合車間廠房內設備基礎超深基坑項目，該綜合車間既有廠房為框架結構，廠房內凈空高度14 m，框架柱基礎承臺下為φ500 mm沉管灌注樁，樁長38 m，持力層為④層黏土，軟可塑狀態，車間廠房內有設備基礎——筏板樁基礎，樁基為φ426 mm沉管灌注樁，樁長32～38 m。新建的設備基礎上部呈圓形（局部矩形），下部呈圓形（直徑6.4 m），基坑開挖深度為30.3 m，距離框架柱基礎最近為4.5 m，距離既有設備基礎最近為6.1 m（圖1）。

圖1 擬建設備基坑位置清除地下障礙物

1.2 地質條件

與基坑支護相關的地基土層分布情況為：①雜填土，松散；②粉質黏土，軟塑；③1淤泥質粉質黏土，流塑；③2淤泥質黏土，流塑；③3粉質黏土，流塑；④黏土，軟可塑；⑤1粉質黏土，可塑；⑤2粉質黏土，軟可塑。土層含孔隙潛水，土層滲透性差，水量少。基坑底處于④黏土層。

2 基坑圍護方案

2.1 圍護結構平面布置

針對廠房內超深設備基坑平面尺寸較小且鄰近廠房柱基礎的特點，采用雙圓環式鉆孔灌注咬合樁圍護，即外圓環咬合樁墻為φ600 mm@400 mm灌注樁，長40 m，內圓環咬合樁墻為φ1 000 mm@800 mm灌注樁，長50 m，兩環樁墻之間為高壓旋噴樁截水帷幕，坑底采用φ700 mm@550 mm高壓旋噴樁滿堂加固，深入坑底至少6 m，組合成三重式超深基坑的圍護結構，以保護鄰近的廠房柱基礎和設備基礎（圖2）。

圖2 雙圓環式鉆孔灌注咬合樁平面布置示意

2.2 圍護結構作用原理

外環以直徑較小的鉆孔灌注咬合樁起到淺層基坑圍護擋土兼作隔離中間高壓旋噴樁的作用，最大程度地降低高壓旋噴樁施工過程中的擠土效應，以保護鄰近的廠房柱基礎。中間高壓旋噴樁起到截水帷幕的作用，即在超深設備基坑開挖中，可防止超長咬合樁施工時因垂直度偏差引起的滲漏水問題。內環大直徑鉆孔灌注咬合樁起到超深設備基坑的主要圍護結構作用[3]，沿基坑外側形成環形封閉圓筒，使水土側壓力轉化為環向軸心壓力，充分發揮混凝土抗壓性能強的特點，從而控制超深設備基坑的穩定和位移變形，即在滿足設備安裝的基礎上進一步保護鄰近的廠房柱基礎及既有設備基礎。

2.3 逆作式施工設備基礎側壁

超深基坑一邊開挖一邊逆作式施工緊貼混凝土咬合樁墻的環形設備基礎側壁，相當于咬合樁的圍梁作用，有利于提高圍護咬合樁墻的結構整體性（圖3）。

圖3 基坑圍護和逆作式施工設備基礎側壁剖面示意

3 施工工藝流程

測量放線定咬合樁樁位→清除地下障礙物→施工外環鉆孔灌注咬合樁→施工內環鉆孔灌注咬合樁→中間高壓旋噴樁施工→坑底高壓旋噴樁加固→坑內分層對稱盆式挖土→坑內分層逆作式施工設備基礎側壁→施工設備基礎底板

4 關鍵施工技術

4.1 主要施工機械設備選擇

針對廠房內施工空間有限這一難題，采用GPS型轉盤式鉆孔灌注樁機、CD型全回轉全套管鉆機、XY型液壓式高壓旋噴樁機、W型履帶式液壓抓斗式挖掘機作業，并用弧形型鋼定位架代替混凝土導墻等，既解決了廠房內狹小空間中運轉作業的難題，又有一定的成樁和挖土施工效率。

4.2 施工外環、內環鉆孔灌注咬合樁

1）先施工外環鉆孔灌注咬合樁，后施工內環鉆孔灌注咬合樁。先按設計要求進行試成樁，取得各項工藝參數。試成樁選擇遠離廠房框架柱側進行，緊鄰框架柱側外環鉆孔灌注咬合樁按硬切割施工葷混凝土樁，以防止素混凝土樁產生管涌。

2）施工素混凝土樁。埋設鋼護筒后先調整鉆機底盤使之呈水平狀態，移動鉆機使鉆頭尖對準弧形型鋼定位架的素混凝土樁孔位（偏差不應大于10 mm），再調整鉆桿的垂直度，使鉆桿的偏斜度不超過全長的0.3%。鉆桿在鉆進的同時輸入護壁泥漿。鉆孔至樁底設計標高后清渣，插入導管并泵送灌注預拌混凝土，初灌量應滿足導管底段埋入至少1 m的要求，然后灌注混凝土至超灌標高。素混凝土樁的強度等級為C25，坍落度控制在130～150 mm。

3）施工葷混凝土樁。全套管鉆孔樁機的全套管對準弧形型鋼定位架的葷混凝土樁孔位（偏差不應大于10 mm），保證垂直度不超過全長的0.3%。在素混凝土樁初凝后、終凝前，即素混凝土樁澆筑完混凝土60 h前，驅動液壓套管機帶動全套管（底端設置有裝配式合金鉆尖）旋轉下沉；鉆孔中的土體連同旋削下的素混凝土碎塊由抓斗機帶出孔外。全套管底端應低于鉆桿的鉆頭尖，以防止素混凝土樁產生管涌。合理選擇和調整鉆進的工藝參數，并可通過電流表來控制旋割素混凝土樁的進尺速度。葷混凝土樁清孔后分節插入鋼筋籠（錯開接頭），隨后設置抗浮裝置，然后用導管澆筑預拌混凝土，最后采取分節慢速旋拔或振動式拔除全套管。葷混凝土樁的強度等級為C30，坍落度控制在180 mm左右。

4.3 高壓旋噴樁施工

內、外環鉆孔灌注咬合樁施工后，施工中間環形高壓旋噴樁（φ700 mm@500 mm）作為截水帷幕，并深入坑底下6 m；接著施工坑底滿堂式高壓旋噴樁（φ700 mm@550 mm）加固，伸入坑底至少6 m，以進一步防止坑底隆起并隔滲。高壓旋噴樁采用二重管施工，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為25%，水灰比為1.0，采用重復旋噴下沉、旋噴提升工藝。高壓旋噴樁工藝參數：注漿壓力為22 MPa、氣流壓力為0.6 MPa，提升速度為25 cm/min、旋轉速度為22 r/min。

4.4 基坑邊挖土邊逆作式施工設備基礎側壁

1）采用履帶式抓斗機挖土，土方開挖的順序、方法須與設計工況相一致，并遵循分層、盆式、對稱、平衡、限時的挖土原則，挖出的土方及時外運，基坑周邊的施工荷載不得超過設計要求的地面荷載限值。挖土過程中，加強基坑監測，除按一級基坑監測外，尚應進行變形監測，控制周邊廠房框架柱基礎與鄰近設備基礎的位移變形，做到信息化施工。

2）采用逆作式分節段施工設備基礎的側壁，環形側壁將內環支護樁連接為整體承載。設備基礎側壁頂端采用外伸式壓頂環梁壓于內環支護樁的壓頂環梁上，同時采用植筋方法將此側壁與支護樁連接為整體，從而實現逆作式施工側壁。若嚴格控制設備基礎的沉降變形，則可將設備基礎的側壁與內環支護樁采用隔離材料脫開。

3）豎向分節段挖土和逆作式施工設備基礎側壁的分節長度約5 m，內側模板采用九夾板組合豎向方木次楞、環向鋼管主楞構成，并用φ14 mm對拉螺栓植筋式錨固于內環鉆孔灌注咬合樁上，側壁分節段界面處采用環形止水鋼板。側壁豎向鋼筋的接頭采用搭接焊或滾軋直螺紋套筒連接，且相鄰豎筋接頭錯開35d（d為鋼筋直徑）布置（圖4）。泵送澆筑側壁混凝土應分層振搗密實，然后保濕養護14 d。基坑挖土至坑底設計標高后，限時6 h快速澆筑加厚為300 mm的C30級混凝土墊層。

圖4 逆作式施工設備基礎側壁

5 結語

針對軟土地區廠房有限空間內施工超深設備基坑的特點，所選圍護設計方案除特別需保護既有柱基礎和設備基礎外，其選型宜優先考慮圓環形咬合樁結構，以充分發揮混凝土抗壓性能高的優點。當設備基礎平面呈方形或矩形時，也可以選用正多邊形的咬合樁圍護結構，使徑向土水側壓力轉換為環向軸壓力。

由于本基坑工程圍護結構選型合理且精心施工，最終各項監測數據均在設計的報警值之內，不但符合超深工藝設備安裝的精度要求，還有效地保護了環境，為今后類似工程提供了較好的參考范例。