厂房内多个大型设备基础近距离支护施工技术

江苏无锡二建建设集团有限公司 无锡 214061

1 工程概况

无锡地铁1#线西漳车辆段与综合基地联合车库面积为24 385 m2，基础采用“预应力空心方桩+钢筋混凝土”独立基础，基础深度-1.90 m，主体为钢排架结构、钢结构轻型屋面板，建筑外墙为砖墙围护和劈离砖饰面。

2 施工难点

本工程固定式架车机设备基础位于联合车库厂架修库内，共计12座，均为现浇钢筋混凝土结构，基坑底标高-5.90 m（黄海高程-1.90 m），最大开挖深度4.30 m。场区地形平坦，地表水系发育。基底地质构造与水文地质条件较复杂，常年稳定水位1.25 m。

图1 基坑平面布置示意

设备基础外边线离承台外边净距离为1.90 m，平面位置关系见图2。

图2 基坑与基础承台关系示意

根据设计确定的施工方案，需要在室内进行高压旋喷桩施工，而该工法在我公司属首次使用，施工中不确定因素较多。

3 基坑支护设计

3.1 现场方案论证

本工程共有7个基坑，每个基坑开挖深度均为原土层下4.30 m。支护的主要目的是确保基坑一边厂房基础承台结构安全，同时确保边坡安全和稳定，因此所处基坑环境条件较为复杂。业主及设计单位原考虑采用深层搅拌桩支护兼做止水帷幕。该方案理论上可行，但实际因处于室内施工，室内靠轴处上部为钢梁，高度仅9 m，无法满足施工机械条件。后来又考虑在该部位采用钢板桩支护，该方案虽然可操作，但受现场室内高度条件限制，钢板桩施工完成后无法拔出，造价偏大。

我方在认真研究上述方案存在的问题后，因地制宜，根据现场环境、地质土层情况和轴坡顶位移条件限制等综合环境条件，提出采用“土钉喷锚支护+高压旋喷桩止水帷幕”支护体系。将距离较近的2个设备基础坑连为1个基坑，因此共设计成7个基坑进行施工。

3.2 支护设计

根据现场不同情况分别采用3个剖面的支护。其中在基坑北侧即轴处，考虑厂房基础距离坑边很近，需重点保护，因此对土钉墙锚杆进行了加长，第1道为6 m，第2、第3道为9 m。根据地质勘察报告，基底已经进入了粉土层，因此在该剖面旋喷桩加插φ48 mm钢管以增加侧向刚度。3-3剖面原考虑从两侧分别设置锚杆，在开挖后将桩顶连起来，锚筋两侧拉通。各剖面支护见图3～图5。

图3 1-1剖面示意

图4 2-2剖面示意

图5 3-3剖面示意

4 支护施工方法

4.1 总体思路

本工程总体思路及施工顺序安排如下：首先施工φ700 mm＠500 mm高压旋喷桩，施工完成养护7 d后开始开挖土方，土方开挖按基坑设计要求，分层、分段开挖：第1次土方开挖至-3.00 m，土钉墙及护坡工作跟上完成；第2次土方开挖至-4.60 m，土钉墙及护坡工作跟上完成；第3次土方开挖至-5.90 m，土钉墙及护坡工作跟上完成；坑底浇筑排水沟。当承台位置位移量仍然有发展时，应急预案将采用型钢在基坑内进行支撑的措施。

4.2 高压旋喷桩施工方法及主要技术措施

4.2.1 钻机的定位、固定

钻机按桩基施工顺序安放在相应的桩位上，施工时钻杆保持垂直，允许偏斜不得大于1.50°。钻头应对准孔位中心，钻机钻孔位置与设计图纸上标示位置的偏差不得大于100 mm。旋喷机机座就位时要平稳放置，桩基孔位与立轴或转盘对齐，倾角与设计误差不得大于1%的规范要求。

4.2.2 钻孔

本工程7个基坑边坡均采用单管旋喷法施工。施工时插管与钻孔同时进行，即钻孔至设计标高时插管作业同时完成。在插管时，为防止喷嘴被泥砂堵塞，喷嘴可用较小压力一边射水一边插管，水压力一般不超过0.50～1 MPa，插管至设计标高后停止钻进，并旋转不停。

4.2.3 注浆及喷灌管提升

在现场高喷灌浆试验施工前，应先对浆液做配合比试验，测定浆液最佳拌制时间、密度、流动性、稳定性、初凝时间、终凝时间，以及浆液固结体密度、强度、弹性模量和透水性等。高压喷射注浆时，要同时不断地进行进、回浆浆液的密度检测，浆液密度出现异常须立即查明原因，调整配比及浆液密度，确保施工质量。高喷施工过程中，采取降低水位、坑内填砂等措施保证孔内浆液上返畅通，防止加固区土体被劈裂；喷射过程中的返浆水泥含量应控制在进浆量的20%左右。高压喷射注浆时，由于压力较大，容易发生串浆，影响邻孔的质量，应采用间隔跳打法施工，一般两孔间距要大于1.50 m。

4.2.4 移机清洗

喷射施工完毕后，卸下注浆管，立即用清水将各通道、注浆泵、送浆管路和浆液搅拌机冲洗干净，并拧上堵头。空气管路和高压泵管路用送风、送水功能冲洗干净。清洗不及时、不彻底会使浆液在输浆管路中沉淀结块，堵住高压输浆管路和喷嘴，造成后续注浆困难，清洗干净后将钻机等机具设备移到要施工的桩位上，重复以上工作。

4.3 土钉墙施工方法

施工工艺：测量、放线定位→土方开挖，修整边坡→校正孔位→调整角度→钻孔→提出内钻杆→插钢筋→压力灌浆→养护→绑扎钢筋网→喷射混凝土。

4.3.1 定位放线

按照基坑设计图纸要求，根据定位轴线放出基坑开挖边线，用白灰撒出边线，作为开挖基坑边线。

4.3.2 基坑土方开挖、边坡修理

采用反铲挖土机分层、分段开挖，预留厚15 cm土方进行人工修坡，分层开挖深度在每层土钉孔位下50 cm，给土钉墙施工留有工作面。边坡开挖前，对坡顶做素混凝土封闭处理，并设置排水沟引流至安全地带。边坡开挖后，先确定基坑放样尺寸，然后进行人工切削、修整，使边坡表面保持平整，允许偏差控制在-20～20 mm以内，防止出现过大凹凸，松动部分必须予以清除，对修整后的边壁应立即喷上一层薄砂浆。

4.3.3 土钉钻孔

土钉钻孔施工前，按设计要求画线量尺，确定钻孔位置，做好标记、定出编号。钻孔过程中无法钻入时应调整孔位，调整时应重新考虑与原有支护的联系，不得降低支护的安全性。

成孔时应按编号做好记录，按上述定出的编号逐一记载土体特征和成孔质量，施工时若无法成孔，处理方法也应记录。并将现场取出的土体参数与支护设计时计算的土体参数加以对比，根据现有土体参数修改设计参数，及时反馈修改设计以指导施工。

本工程土钉钻孔主要采用人工洛阳铲，但是由于施工范围内地层的特殊性，本工程土钉有时需要采用锚杆钻机进行成孔。

钻孔完成后进行清孔检查，孔中若出现局部渗水、坍孔或掉落松土等现象，可采用压浆处理，同时将土钉钢筋放入并马上注浆。

4.3.4 土钉钢筋支设

为将土钉钢筋安置于钻孔的中心，可在土钉钢筋上安设定位支架，在土钉钢筋放入孔中前，预先在土钉钢筋上烧焊好定位支架，支架沿钉长的间距约为2 m，保证钢筋处于孔中心位置，注浆后混凝土保护层厚度大于25 mm。支架采用钢筋制作，使其不妨碍浆体自由流动。测放好孔位，定好角度，将加工后的φ16 mm钢筋一次锤击到位，以减少对土体的影响，提高锚固力。钢筋按照图纸所示位置进行安放。

根据设计要求：注浆水泥使用P.O 42.5水泥，水泥净浆的水灰比为0.45。采用底部低压注浆的方式注浆，注浆导管插至距孔底300 mm，将按配比搅拌好的水泥浆注入底部，同时将导管缓慢匀速拔出，注浆导管口埋在浆体表面下，确保孔中气体能全部排出。注浆采用二次注浆，注浆压力为0.50～0.80 MPa，注浆管和土钉钢筋同时入孔，第1次注浆注满后间隔约20 min后进行补入水泥浆，补浆次数不少于2次，并使孔内水泥浆饱满稳定后边注入水泥浆边拔出注浆管。第1次注浆结束2 h后进行第2次注浆，操作时间不得提前或推迟，即第2次注浆在第1次注浆的浆液初凝时进行[1,2]。

4.3.5 钢筋网铺设

根据基坑支护设计要求，钢筋网片钢筋为φ6 mm，间距为200 mm×200 mm，采用人工现场绑扎，搭接长度为300 mm。土钉钢筋与钢筋网通过φ14 mm井字形加强筋横向、竖向焊接在一起。钢筋网片和压筋绑扎完成后，采用混凝土垫块将土钉之间的钢筋网片垫起30 mm，土钉处的钢筋网片垫起间隙不小于12 mm。

4.3.6 面层喷射混凝土施工

按通过试验确定的配合比，调制好喷射混凝土，混凝土强度为C20，粗骨料粒径最大为10 mm，水灰比为0.45。在边坡上每隔1 000 mm打入φ14 mm垂直短钢筋，伸出边坡100 mm，确保混凝土厚度达到设计要求，混凝土依次分层、分段施工，混凝土分2次、2层喷射，第1次喷射厚度为40 mm，并将上下左右接缝错开，接缝在下次施工之前要清理干净，用水润湿。混凝土喷射完毕后应进行强度养护，养护时间依气温环境条件确定为7 d。

5 施工中遇到的问题及应急预案

在完成高压旋喷施工和一定的养护期后，在基坑开挖和土钉喷锚施工时，基坑监测同步进行。基坑位移和沉降观测数据表明：轴、轴交轴的2个承台位置产生少量的位移，现场观测这2个承台附近的基底土层面也出现细小的裂缝，鉴于以上原因，为防范于未然，项目部采用以下应急预案[3,4]：

1）如承台位移趋于稳定，为确保基坑安全，在标高-4.80～-4.60 m处底板浇筑完成后增设传力带，采用C15混凝土进行回填，以提高对边坡的保护，如图6所示。

图6 土方回填及混凝土传力带示意

2）当承台位移量达到8 mm时，应在相应位置的另外一侧进行卸荷及排水，以减少侧向土压力和水压力，同时加强监测，确定卸荷效果，具体卸荷方法如图7所示。

图7 卸荷坑平面和剖面示意

3）当卸荷效果不明显，承台位置位移量仍然有发展趋势且位移量达到10 mm时，应采用型钢在基坑内进行支撑，直到稳定为止，具体支撑方法如图8所示。

经过上述处理后，基坑位移趋于稳定，项目部采取各基坑跳格开挖施工，组织抢夺底板施工工期，在完成底板浇筑后回填完成混凝土传力带支撑，再开挖相邻基坑，这样形成流水施工，既确保了工期，又保证了基坑安全。

图8 支撑剖面和基坑俯视示意

6 基坑监测

6.1 基坑监测要求

基坑监测要求主要包括厂房内7个基坑的四周边坡水平位移监测、基坑边柱的水平位移监测及厂房内地面、柱的沉降监测，根据设计图纸要求设置水平位移监测点，共布设水平位移和沉降位移监测点26个。

6.2 监测结果分析

1）基坑水平位移监测：在整个监测过程中，基坑监测点的累计水平位移量在0.60～12.50 mm之间，均未超过报警值（0.30%挖深）；水平位移变化速率也均未达到设计要求的报警值（3.00 mm/d）。

2）基坑垂直位移监测：在整个监测过程中，基坑垂直位移监测点的累计沉降量在-0.70～3.75 mm之间，均未超过报警值（0.20%挖深）；其变化速率也均未达到报警值（2.00 mm/d）。

3）周边建筑沉降监测：在整个监测过程中，基坑的周边建筑（本次监测仅要求对联合车间进行）上39个监测点的累计沉降量在1.15～3.45 mm之间，其变化速率也均未达到报警值（2.00 mm/d）。

在整个基坑开挖施工过程中，基坑水平位移监测、垂直位移监测和周边建筑沉降监测指标均在安全范围之内，基坑工作状态安全稳定。

7 结语

无锡地铁1#线西漳车辆段与综合基地联合车库内固定式架车机基础施工已经全部顺利完成。经理论计算与实践来看，通过采用“土钉喷锚支护+高压旋喷桩止水帷幕”支护体系解决车辆段内场地受限条件下的大型设备基础深基坑支护是可行的。这种支护体系作为一种成熟的工艺，在大量深基础施工中运用广泛，但在车辆段室内采用尚属首次，其工期短、施工便捷、既安全又经济的优势为今后类似项目的施工开辟了新思路、提供了实践依据。