較小直徑的超深基礎成套施工技術

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 200135

1 工程概況

上海國際旅游度假區花園區設計有2 個燈塔219A及219B，建筑功能在于表演時升起為舞臺提供燈光和音響，平時則暗藏在燈塔建筑中。燈塔液壓系統用于頂升和下降燈塔，安設于基礎內，其基礎結構形式如圖1與圖2所示。

圖1 219A及219B燈塔地下結構平面示意

燈塔液壓系統混凝土基礎Φ1.98 m、底板厚400 mm、壁厚350 mm，深13.76 m。基礎側壁內襯Φ1 280 mm的316L不銹鋼筒，筒身壁厚20 mm、封底壁厚30 mm、不銹鋼筒（用于安放燈塔液壓系統）深13.55 m，頂面高出附屬建筑物基礎底板225 mm。

燈塔液壓系統基礎頂部與附屬建筑物基礎底板相連接形成整體。不銹鋼筒和外裹混凝土組成的燈塔地下結構整體長13.98 m。燈塔液壓系統基礎處于淤泥質黏土層中。

圖2 燈塔地下結構不銹鋼-鋼筋混凝土構造

2 現場施工條件

場地空曠，施工道路、施工機械作業場地、材料堆放場地都可根據施工需要澆筑混凝土硬化。但燈塔液壓系統基礎邊緣距附屬建筑物基礎最近的工程樁僅1.04 m，因此，燈塔基礎施工支護和止水方案很重要，既要確保深基坑的施工安全可靠又要確保不擾動工程樁及附近的土體。

3 現場采取的技術方案[1-3]

3.1 碳鋼護筒支護

碳鋼護筒不僅可做深基坑支護還可擋水并作為基礎側壁施工的外模板，可謂一筒三用。

如圖3所示，鋼護筒壁厚20 mm，上下口500 mm范圍內采用厚30 mm加強鋼管（上部要受到振動錘的振動、下部切土）。

圖3 碳鋼護筒

3.2 高壓旋噴樁止水、坑底加固

采取在坑底施作高壓旋噴樁止水及加固坑底土體。采用此法可封閉周邊水體，確保護筒內土方開挖時不需要進行基坑降水就可保證坑內土體干燥，同時消除支護周邊土體沉降的隱患，且施工機械輕便、施工工期快速，比水泥土攪拌樁施工方便、經濟。

如圖4、圖5所示，旋噴樁加固范圍為4 000 mm，深度為從底板底部往下4.0 m，護筒嵌入加固區域土體500 mm，并在護筒外部注高2.0 m作為有效止水措施。

圖4 高壓旋噴樁樁位布置

圖5 高壓旋噴樁固底剖面

3.3 清底施工安全、應急救援措施

購買送風機并接風管送風至坑底，確保坑底空氣新鮮。坑底施工人員若出現緊急情況，立即使用多功能吊籃進行應急救援工作。

3.4 不銹鋼內膽-外包鋼筋組件施工方法

采取在工廠整體綁扎不繡綱內膽-外包鋼筋組件，現場吊裝就位并現澆的方案。

不銹鋼內膽-外包鋼筋組件整體綁扎，需要設置鋼筋綁扎胎架托住不銹鋼內膽，在不銹鋼內膽上設置吊耳吊裝組件，并在組件底部設置組件支撐架、定位器，上部設置定位板（與鋼護筒上設置的定位槽相匹配），用于支撐組件和使組件高精度吊裝就位。

超深薄壁混凝土澆筑需要加工專用的下料導管和超長的振動棒，確保混凝土振搗密實。

常規導管管徑大，不能置于基礎側壁雙層鋼筋網片之間。雙層鋼筋網片之間凈距只有200 mm，考慮垂直度偏差1/300即46 mm，導管直徑只能做到125 mm。

由于基坑有13.76 m深，需要加工長16 m的振動棒才能滿足基礎施工振搗的要求。

采用此法比工廠預制具有整體性好、省時、省費用的優點。

4 關鍵施工技術

4.1 碳鋼護筒高精度打設施工技術

為確保不銹鋼內膽垂直度偏差不大于1/1 000的高精度要求，我們決定將碳鋼護筒打設的精度從1/300提高至1/1 000。為滿足此高精度要求，碳鋼護筒打設時我們設計了定位導向系統（圖6、圖7）。

鋼護筒定位導向系統由3 根15 m的Φ500 mm×6 mm鋼管立柱（其中打入土中深度8 m，出地面7 m）和3 道25a#（250 mm×116 mm×8 mm）工字鋼連系梁組成。為增強定位效果和連系梁的剛度，在平面3 根主連系梁之間設置3 根20a#工字鋼。這樣在平面上就形成了對鋼護筒的6 點定位。3 道連系梁上下在同一豎直線上用于控制鋼護筒的垂直度。

圖6 鋼護筒定位導向系統

圖7 鋼梁平面6點定位示意

鋼護筒打設施工流程：

硬化地面測量放線→打設定位鋼管樁（經緯儀校正垂直度）→鋼護筒吊設到位→2 臺經緯儀成90°角校正鋼護筒垂直度→焊接定位鋼管樁聯系梁→安裝150 kW 18 t電動振動錘→打設鋼護筒→鋼護筒就位→拆除定位系統。

清土后掛線測量鋼護筒垂直度偏差值，最大值12 mm＜1/1 000×13 980=14 mm，達到了預期的目標。

4.2 坑底土體加固、深基坑止水技術

坑底軟土加固及坑內止水施工技術均采用高壓旋噴樁施工技術。30 MPa壓力可加固范圍為0.90 m，根據此施工參數，固底區域4 m×4 m，每個基礎底部加固33 根旋噴樁，按20%的水泥摻量，即每方土中摻入360 kg水泥。考慮止水效果，外部的旋噴高出內部2 000 mm。此法可免除深基坑開挖降水工作，對周邊土體無任何影響。

4.3 人工清底安全作業施工技術

鋼護筒打設到位、坑底加固土體強度達到要求后，開始用沖抓斗開挖土方，挖到底后需人下到底部清土及施作墊層（圖8）。

圖8 鋼護筒人工清底示意

由于地下空間狹小且超深，屬于密閉空間作業，需要考慮作業人員的安全問題和應急救援措施。

為此我們采取了送風機送風確保坑底空氣新鮮并開發了一種多功能吊籃（圖9）。之所以稱為多功能吊籃是因為該吊籃有3 個用處：一可以清理筒壁的黏土，此時的功能同幕墻施工吊籃；二可以將施工人員和設備、工具運送至底部作業，向上運輸土方，向下運輸混凝土；三可以用于應急救援，向筒底運輸救援人員并將傷者帶出。

圖9 多功能吊籃實物

多功能吊籃由底斗和護欄組成。底斗長×寬×高=1 000 mm×730 mm×450 mm，護欄高750 mm，并在寬的一側設有門以方便施工人員進出。斗高+護欄高=1 200 mm。

4.4 不銹鋼內膽-外包鋼筋組件精確就位施工技術

由于不銹鋼內膽內要安裝燈塔升降液壓系統，廠家對不銹鋼內膽安裝垂直度偏差有超規范精度要求，要求安裝完成后垂直偏差不超過1‰，即13.98 mm。在受限空間超深基礎中安裝構件，由于無法下人且難以觀測偏差，構件的水平定位及垂直度控制難以進行，必須采取應對措施。

為了保證“不銹鋼+外包鋼筋”組件的安裝就位質量，我們設計了精確定位裝置，用于超深不下人地下結構的精確定位，即為超深不下人地下結構的精確定位裝置。

精確定位裝置由底部的“錐形凹槽+錐形定位針”和頂部的“定位槽+定位板”兩部分組成，其中，底部裝置用于控制組件底中心坐標，頂部裝置用于控制組件頂中心坐標，兩者共同作用即能控制組件中心點坐標和垂直度。

精確定位的原理：

（a）控制組件坐標的原理：利用底部和頂部的定位裝置強制校準組件坐標；

（b）控制組件垂直度的原理：保證組件的底中心水平坐標與頂中心水平坐標在同一豎直線上，底、頂中心坐標皆為設計坐標。

4.4.1 底部的“錐形凹槽+錐形定位針”

（a）錐形凹槽：由Φ150 mm長80 mm實心凹槽鋼圓柱及50 mm×5 mm角鋼、400 mm×400 mm×6 mm鋼板、Φ10 mm螺栓組成（圖10）。錐形凹槽預埋在筒底混凝土墊層之中，其中心坐標為構件中心坐標，頂標高為墊層頂標高。錐形凹槽的安裝固定：其支撐結構50 mm×5 mm角鋼與設置在圍護結構上的50 mm×5 mm角鋼支座焊接。安裝程序：測量放線抄好標高在護筒上做好標記→在護筒上焊接弧形50 mm×5 mm角鋼支座→將錐形凹槽螺栓固定于50 mm×5 mm角鋼并擱置在弧形角鋼支座上→校正錐形凹槽中心點→將支撐角鋼與弧形支座角鋼焊接固定。上述工作完成后澆筑基礎底板鋼筋混凝土墊層。

圖10 錐形凹槽示意

（b）錐形定位針焊接在構件（不銹鋼內膽）中心，針的長度為“構件底標高-預埋件頂標高+50 mm”。這樣，只要對中誤差不超過55 mm，錐形定位針的針頭進入預埋件錐形凹槽范圍之內，定位針就會因構件自重自行滑入凹槽，同時針頭與凹槽的中心自動重合，組件底部中心坐標得到控制。

4.4.2 頂部的“定位槽+定位板”

（a）定位槽：槽長100 mm，上寬下窄，上部寬50 mm，下部寬30 mm，比定位鋼板寬10 mm。采用20 mm× 40 mm×100 mm鋼板制作，在組件吊裝之前嚴格定位（使兩定位槽位于鋼護筒的一條直徑之上，且該直徑為經過內筒設計中心的直徑），焊接在鋼護筒頂部指定標高處；

（b）定位板，采用厚20 mm不銹鋼內膽余料制作，板寬100 mm，長度根據測量鋼護筒的垂直度偏差需要加工，焊接在不銹鋼內膽指定標高之上，板中心標高即為定位槽下口中心標高。定位板的長度根據打設的鋼護筒垂直度進行調整，且左右長度各減去6.5 mm以保證定位板順利穿進定位槽不卡且有能夠保證安裝精度的縫隙。

吊裝就位后掛線檢查垂直度，最大偏差5 mm，滿足了廠家的安裝精度要求。

4.5 超深薄壁混凝土澆筑施工技術

前面提到過由于超深基礎側壁較薄，鋼筋間距過小（凈距只有200 mm），使得常規下料導管（管徑大于200 mm）不能使用，需自己設計一種專門的澆筑導管。

混凝土導管外徑為125 mm，壁厚3.2 mm，每節長3 m，兩端各有4 cm外絲。導管使用絲扣索接連接，絲扣每節長8 cm，布滿內絲（圖11）。

圖11 導管絲扣連接示意

施工前導管應試拼接和試壓，以保證連接后整根導管垂直，使用時不破不漏。

由于超深，普通振動棒（4 m、6 m、8 m、10 m）不能滿足澆筑混凝土時的振搗要求，因此專門定制了長16 m的振動棒來滿足超深基礎混凝土的振搗要求。澆筑基礎底板混凝土時，用一個導管下料，以便排出底部的空氣。底板澆筑完成后，采用雙導管下料，可加快澆筑進度。

5 結語

超深燈塔基礎結構施工，我們采取了一整套的施工技術，解決了非常規施工中遇到的難題。在本工程施工中采取的碳鋼護筒精確打設施工技術、基底軟土加固及止水施工技術、人工清底安全施工技術、不銹鋼內膽-外包鋼筋組件精確定位施工技術以及薄壁深基礎混凝土澆筑施工技術，有效地解決了狹小空間超深基礎施工的難題，可為同行提供借鑒和參考。