钟生
广东省建筑工程机械施工有限公司 ，510500
摘要：中国散裂中子源（CSNS）项目是国家重点建设的大科学装置。本工程主装置区地质条件复杂，对基坑基底沉降控制要求极高，如何保证基底的零沉降是本项目的难点。在项目施工过程中，为达到基底零沉降的要求，针对性地采用多种控制技术，取得了显著的效果，不但保证了基坑的安全，而且也为实现隧道基础“零沉降”提供了保证，确保了隧道主体施工的顺利进行，同时为类似工程提供了积极的借鉴案例。本文对中国散裂中子源项目多边界地质条件下基底零沉降控制技术进行了总结。
关键词：多边界 基底零沉降 光面爆破 抗沉降墩 破碎带处理
一、 技术难点
本工程主装置区直线设备楼、LRBT设备楼、RCS设备楼、RTBT设备楼、靶站设备楼及相应隧道工程基坑占地面积约为20843㎡，基坑周边长度约1503m。基坑底面标高为-10.1～-22.05m，采用的支护方式为钻孔灌注桩、搅拌桩、喷锚、土钉、放坡相结合。主要技术难点有：
（1）基坑界面多，爆破开挖控制困难。由于基坑大部分位于岩层范围内，需采用爆破开挖。从平面看，基坑呈凹凸多变的形状，而从剖面看，基坑底部高低不一，造成基坑爆破开挖困难。
（2）基坑基底沉降控制要求非常高（零沉降）。设计要求隧道基底、靶站工程地下室、谱仪大厅首层基础基底持力层为微风化岩层或新鲜岩面，地基承载力均不小于2500kPa，其中靶站地基承载力不小于5500kPa。隧道地面不均匀工后沉降小于0.3mm/y，工后沉降量小于1mm/y。由于基坑底部一部分位于回填土或岩层破碎带上，需采用冲孔桩基础进行地基加固。而桩基施工容易在桩底产生沉渣，对于工后沉降控制不利。另外，由于爆破开挖产生的震动，容易对基底岩石造成扰动，对于工后沉降也非常不利。
（3）基坑爆破开挖防震要求严格。基坑南侧有一高边坡，雨后裂隙水丰富，爆破开挖产生的震动，容易使基坑侧壁岩石震松，不利于基坑侧壁稳定。隧道建成后，由于地下水偏压严重，容易产生整体偏移。
二、解决问题思路
（1）为确保多边界基坑开挖的安全和减少对基底岩层的扰动，基坑边坡采用光面爆破，其他采用中深孔爆破为主，辅以浅孔台阶爆破。
（2）为控制工后沉降及地基承载力，爆破时不得对基坑底部岩层整体性产生破坏，故在距离基坑周边轮廓线100mm处钻一圈炮孔，孔网参数按光面爆破参数进行作业；然后按台阶爆破高度从中心掏出自由面，往四周推进，在距离基坑边2.5米范围内采用浅孔台阶爆破；基坑底部预留2m岩层厚度作为缓冲层，采用小孔网、小台阶爆破；底板残留层采用小台阶、小孔网岩层劈裂施工法。在基底设置了400mm的预留保护层，采用机械破碎法，并人工配合进行清底，确保基底为新鲜基岩。
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（3）为解决冲孔桩基础桩底沉渣对工后沉降的不利影响，冲孔灌注桩在水下混凝土灌注前采用二次清孔的方法，下钢筋笼前采用正循环置换法清孔，下钢筋笼后采用气举反循环法清孔，并在清孔过程中采用泥砂分离器过滤泥浆，最大减少孔底沉渣厚度。另外，为确保桩端持力层质量，每根桩埋设2根注浆管，在桩基混凝土灌注达14天后，对桩底进行高压注浆。
（4）为减少直线设备楼柱下独立基础的沉降，在独立基础下增加抗沉降墩。
（5）基底遇破碎带时，采用微型钢管桩加固，确保基底承载力，减少基底沉降。
（6）基底采用“考古式”人工清底，确保接触面为新鲜基岩。
三、施工技术
3.1基坑爆破开挖
3.1.1边坡开挖爆破施工
（1）钻孔
光面爆破壁面的超欠挖和不平整度主要取决于钻孔精度，钻孔质量的好坏取决于钻孔机械性能、控制钻孔角度的措施和工人操作技术水平。本工程光面爆破钻孔深度控制在10m以内，过大的钻孔深度使钻孔精度难于控制而影响爆破效果。本工程台阶边坡的高度控制在10m以内，钻孔精度可以达到要求。
常规钻孔：使用通用的设备进行钻孔，根据边坡坡度要求进行钻孔。钻孔开孔偏差小于0.1m，偏斜度一般在8～18mm/m。
（2）装药结构
堵塞段：作用是延长爆生气体的作用时间，且保证孔口段只产生裂缝而不出现爆破漏斗，本工程取1.2m。
均匀装药段：该段一般为轴向间隔不耦合装药，并要求沿孔轴线方向均匀分布。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷，为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心，将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位，采用胶布（或绑绳）固定药卷及导爆索。
孔底加强段：孔底受围岩夹制作用，需用较大的线装药量，一般为正常线装药量的1～4倍。
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（3）起爆方法
一般采用导爆索起爆以保证光爆孔同时起爆。起爆网路与主爆区连接，由于光面爆破孔是最后起爆，前面炮孔爆破可能扯坏导爆索，为保证光爆孔准爆，光面爆破孔采用高段位毫秒雷管与导爆索的双重起爆。
（4）光面爆破效果
光面爆破后孔间应形成贯通的裂缝面并具有一定的宽度，坡面平整度和半孔率应满足要求。
3.1.1基坑底板岩层爆破
根据本工程的实际情况，采用小孔网、小台阶缓冲爆破法，技术上可行、经济上合理、安全上可靠，工期也可以得到保证。
在进行缓冲预留层作业前，需在上一级台阶进行必要的试验，通过试验确定本台阶的爆破作业参数。
为了更好的保护好基坑底板整体性，本工程预留了2米底板爆破缓冲保护层，采用小孔网、小台阶爆破（密布孔、少装药），炮孔底部装填0.2米长的缓冲物（缓冲物采用硬性胶管），底部0.2米部分采用特殊破碎法施工。
（1）布孔方法
采用小孔网、小台阶毫秒延时（密布孔、少装药）控制爆破方法，炮孔直径为42mm。
严格控制炮孔深度，钻孔前，由专业测量人员标出本区域炮孔的深度，防止炮孔超深。
（2）缓冲物装填、装药及堵塞长度
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炮孔深度2.0m，则装药0.6kg，即3节乳胶炸药，装药长度0.6m，堵塞长度2.0-0.6-0.4=1.0m。
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（3）起爆顺序
雷管段数选择，根据炮孔数分成1～10段起爆，孔间或排间延时间隔25～50毫秒。
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（4）起爆系统
采用毫秒延时电（或非电）起爆系统爆破，雷管为毫秒延时电雷管（或毫秒延时导爆管雷管）。
3.1.3底板残留岩层破碎
缓冲层爆破作业时，炮孔底部空孔20cm，爆破时会残留部分岩坎。对残留岩层采取液压劈裂机进行破碎。
（1）根据现场实际情况，严格控制钻孔深度。
（2）操作劈裂机时，液压管道接头牢固，防止液压管接头断裂伤人。
（3）劈裂机破碎岩层后，挖掘机应及时清理破碎岩石，为后面岩石破碎提供有利的临空面。
3.1.4底板预留岩层破碎
为避免爆破对基岩造成过大的扰动，在基底设置了40cm的预留保护层。采用机械破碎法。并人工配合进行清底，确保基底为新鲜基岩。
3.2冲孔桩桩底沉渣控制
3.2.1减少冲孔灌注桩底沉渣厚度
由于冲孔灌注桩底沉渣的存在，会造成桩基沉降及承载力的降低。因此，采取有效措施，减少桩底沉渣厚度尤为重要。经比选，冲孔灌注桩采用二次清孔的方法，下钢筋笼前采用正循环清孔，下钢筋笼后采用反循环清孔，并在清孔过程中采用泥砂分离器过滤泥浆，减少孔底沉渣厚度。
（1）换浆正循环法清孔（第一次清孔）
利用泥浆胶体性的粘滞力，把桩孔中的冲渣粘起，顺泥浆的流动排出桩孔。泥渣混合物在经过泥浆分离器处理及沉淀池沉淀后，泥浆重新回流到桩孔内，保持孔内水位不变，在此过程中定期测定泥浆的各项指标及孔底沉渣情况以判断清孔的效果。
（2）气举反循环清孔法（第二次清孔）
通过钢风管将压缩空气送进吹管底部，使导管内的泥浆形成密度较小的泥浆空气混合物，在导管外水压力的作用下沿导管内向上排出，在泥浆迅速流动的同时带动桩孔沉渣沿导管内向上排出孔外。泥渣混合物在经过泥浆分离器处理及沉淀池沉淀后，泥浆重新回流到桩孔内，保持孔内水位不变，直到把沉渣清除至符合要求为止。
（3）沉渣厚度的检测
沉渣厚度测量必须使用正确的测量方法，测量方法不当，造成沉渣厚度误判，就不能对沉渣厚度进行有效控制，要准确测量孔底沉渣厚度，沉渣厚度=终孔深度-清孔后深度。本工程沉渣厚度采用简易测绳检测。
3.2.2桩底注浆
为确保桩端持力层质量，每根桩埋设2根注浆管，在桩基混凝土灌注达14天后，对桩底进行高压注浆。
（1）预埋注浆管
在制作首节钢筋笼的同时，把2根φ48×3.5的钢管对称安装在钢筋笼内侧，随钢筋笼进行吊装入桩孔。注浆管的长度应确保其底部到达桩底。
（2）高压注浆
水泥浆：采用强度等级为42.5的优质普通硅酸盐水泥与清水配制而成，水泥浆液水灰比为1～1.2，刚开始注浆水灰比选大值，即按着先稀后浓的原则配制水泥浆液。再按水泥用量的1%加入防水剂，以增大水泥浆的和易性和流动性。
将高压旋喷器放入其中1根预埋钢管中，反复高压清水旋转喷射清洗桩底。压入清水，利用水循环将废渣排出桩身，当出水口的水由浊变清时，清洗工作结束。
清洗完成后，用高压水泥浆液在桩底进行高压喷射。喷浆时以孔口返浆浓度与进浆浓度基本一致，即可停止注浆。
3.3增加抗沉降墩
对于直线设备楼柱下独立基础，调整地基承载力特征值为700kpa，要求从现有标高向下挖去至少500mm，清除浮土后尽快用垫层混凝土封闭基槽底。基础尺寸扩大且于基础底设置抗沉降墩。
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3.4基底破碎带的处理
对于个别基底区域出现的破碎带，采用嵌岩微型注浆钢管桩进行处理，确保基底整体性及承载力。
破碎带处理采用嵌岩微型注浆钢管桩，其做法及说明如下：
（1）采用的嵌岩微型注浆钢管桩桩长估计15~29米，桩型为GGJ2钢管规格?168X10，所有钢管材料采用Q235号钢材。
（2）钢管桩采用普通地质钻机成孔，成孔直径约220，孔内灌注纯水泥浆，水泥强度等级为425，水灰比不大于0.5，要求桩身水泥立方体抗压强度不小于25MPa，注浆压力不小于0.3MPa。
（3）钢管底部加工2个“V”型缺口，并在下部6米长度范围内每间隔1米开2个对称?20小孔,上下排小孔呈对称正交布置。钢管接长采用丝扣对接，且在接口外包2个与钢管同规格的半圆型钢箍套焊，以确保连接质量。
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四、技术问题解决效果
本工程基坑土石方爆破开挖施工中，为确保多边界基坑边坡稳定及基底“零沉降”技术要求，针对性地采用多种控制技术，取得了显著的效果。不但保证了基坑的安全，而且也为实现隧道基础“零沉降”提供了保证，确保了隧道主体施工的顺利进行。
结束语：边界地质条件下基底零沉降控制技术在我国第一个国际前沿的高技术多学科应用的大型研究平台中国散裂中子源的隧道基坑开挖的建设中得到了成功应用，保证了基坑的安全，而且也为实现隧道基础“零沉降”提供了保证，确保了隧道主体施工的顺利进行，为我国后续的散裂中子源和类似工程建设提供了可借鉴的案例。