王飛

【摘 要】 樁基一般未直接用于精密儀器基礎(chǔ)的防微振設(shè)計(jì)，而用于強(qiáng)振時(shí)的主動(dòng)隔振。本文考慮樁土共同作用，提高地基剛度和地基阻尼比，減小變形，避免發(fā)生共振。以光刻機(jī)基礎(chǔ)防微振設(shè)計(jì)實(shí)例，并通過(guò)測(cè)試證實(shí)，樁基可用于防微振設(shè)計(jì)的新方法，可供類(lèi)似的工程設(shè)計(jì)參考。

【關(guān)鍵詞】 防微振 地面振動(dòng) 共振

1 某微電子廠房概況

浙江金華某兩層微電子廠房，上部結(jié)構(gòu)于2011年上半年施工完畢，一層層高7m，地坪還未施工。要求在地面上安裝10臺(tái)高精密步進(jìn)光刻機(jī)，光刻機(jī)廠家要求周?chē)孛嬲駝?dòng)對(duì)基礎(chǔ)的影響：豎向振幅≤3μm，振動(dòng)速度≤0.1mm/s，外界干擾頻率在4Hz～25Hz時(shí)振動(dòng)加速度≤4×10-3～8×10-3m/s2。

廠房地基土層情況如下：場(chǎng)地屬丘陵地貌經(jīng)人工填平后，東高西低。①層碎石填土，層厚1.2-10.5m，松散狀，稍濕，由風(fēng)化巖碎塊石夾少量粘性土，為新進(jìn)堆填，未經(jīng)分層壓實(shí)和自重固結(jié)。②層粉質(zhì)粘性，層厚0.4-3.1m，中壓縮性。③層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，層厚4-8.5m，為極軟巖。④層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，層厚0.2-1.5m，為軟巖。廠房四周為廠區(qū)道路，常有汽車(chē)等行駛。

地下水位在地面5m以下，老廠房柱下采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層為④層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，承臺(tái)底標(biāo)高-2.2m。

2 樁基用于防微振設(shè)計(jì)的分析研究

本次光刻機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，乃是考慮采用樁基直接用于防微振，且為考慮樁土共同作用的一個(gè)新嘗試。與用鋼彈簧隔振相比，基礎(chǔ)塊體增大不多，但省去彈簧和放置隔振系統(tǒng)的鋼筋混凝土地坑，總費(fèi)用減少很多，且施工簡(jiǎn)單，以后無(wú)維修及更換煩惱。

3 光刻機(jī)基礎(chǔ)防微振設(shè)計(jì)的原理

光刻機(jī)基礎(chǔ)防微振設(shè)計(jì)首先應(yīng)盡量通過(guò)總體工藝流程與平面布置，對(duì)振源采取有效的主動(dòng)隔振措施，使它的干擾影響盡量小。為避免共振，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)情況與周?chē)杏绊懙恼裨凑駝?dòng)情況，對(duì)地基進(jìn)行有效、合理的處理，以提高防微振設(shè)備基礎(chǔ)體系的豎向抗壓剛度，使體系的固有頻率適度地超過(guò)周?chē)延屑皩?lái)可能會(huì)有的振源的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率[4]。另外，根據(jù)振源振動(dòng)對(duì)于地層的干擾，以及振動(dòng)波的能量在土中傳播衰減后對(duì)基礎(chǔ)振動(dòng)體系的干擾，采取有效的被動(dòng)隔振措施，使光刻機(jī)基礎(chǔ)底座豎向振幅小于允許值，振動(dòng)速度最大值小于允許值，以及在一定外界干擾頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)加速度最大值小于允許值[5]。

本工程動(dòng)力模型中，將承臺(tái)及其上光刻機(jī)看作一個(gè)質(zhì)量為M的剛體[6]，將樁基及其間土層看作沒(méi)有質(zhì)量的彈簧，簡(jiǎn)化為研究支承在彈簧上剛體的振動(dòng)問(wèn)題，彈簧的剛度即樁基及其間土層的豎向抗壓剛度，底座即樁端以下的④層土。底座的振動(dòng)是由于附近振源的振動(dòng)能量在土中傳播至底座引起的，由于樁基及其間土層整體剛度較大，因此經(jīng)土層衰減傳播來(lái)的能量干擾影響很小，引起它發(fā)生的振動(dòng)也是很小的。

4 光刻機(jī)基礎(chǔ)防微振設(shè)計(jì)

10臺(tái)高精密步進(jìn)光刻機(jī)，其基礎(chǔ)做成獨(dú)立的、與周?chē)孛嫱耆撻_(kāi)的、由群樁支承的整板式鋼筋混凝土基礎(chǔ)。這主要根據(jù)地質(zhì)情況、周?chē)裨吹恼駝?dòng)干擾情況、地面使用荷載、機(jī)器與儀器的底座允許最大振幅很小（3μm）而確定的。樁型、樁持力層、樁斷面尺寸、單樁承載力試驗(yàn)、布樁原則同一般樁。在確定樁數(shù)時(shí)，必須確保防微振設(shè)備基礎(chǔ)體系的固有頻率一定要適度超過(guò)周?chē)延姓裨春蛯?lái)可能會(huì)有振源的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，不發(fā)生共振現(xiàn)象，同時(shí)必須滿足基礎(chǔ)沉降均勻。

根據(jù)工藝平面布局，每臺(tái)步進(jìn)光刻機(jī)外形尺寸2500（長(zhǎng)）×2000（寬）×3000（高），單臺(tái)總重5200kg。最終采用的由群樁支承的整板式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，其整板厚度1000mm， C25混凝土，整板下總計(jì)10根900直徑的C25挖孔灌注樁。整板基礎(chǔ)四周設(shè)置300mm寬減振溝內(nèi)填中粗砂，整板基礎(chǔ)與建筑地坪設(shè)縫50mm脫開(kāi)。

5 防微振基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

防微振工程的測(cè)試應(yīng)分四次進(jìn)行[7]。10臺(tái)光刻機(jī)基礎(chǔ)于2011年下半年施工完畢后，請(qǐng)當(dāng)?shù)氐卣鹁謱?zhuān)家到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明光刻機(jī)底座的振幅小于允許振幅，振動(dòng)速度最大值小于允許值，以及在一定外界干擾頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)加速度最大值小于允許值。光刻機(jī)安裝后運(yùn)行正常，說(shuō)明設(shè)計(jì)是成功的。

6 結(jié)束語(yǔ)

1、光刻機(jī)防微振基礎(chǔ)宜安置在直接與地基土接觸的底層，應(yīng)做成獨(dú)立的、周?chē)c地面完全脫開(kāi)的整板式基礎(chǔ)，本文采用樁基直接用于防微振基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，是一新嘗試，已獲成功，今后似可推廣應(yīng)用。

2、光刻機(jī)防微振基礎(chǔ)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的問(wèn)題是確保不發(fā)生共振現(xiàn)象，通過(guò)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振等措施，盡量減小周?chē)駝?dòng)的干擾。

3、由于場(chǎng)地周?chē)裨凑駝?dòng)干擾的復(fù)雜性及其在土中傳播衰減的不規(guī)則性，目前部分計(jì)算公式為較近似的，或半經(jīng)驗(yàn)半理論的。因此，光刻機(jī)防微振基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要依靠的是概念設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 隔振設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50463-2008 [S]

[2] 俞渭雄.陳騮.婁宇.IC工廠的防微振設(shè)計(jì)[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)， 2007（01）：49-54

[3] 劉巧伶.理論力學(xué)（第三版） [M]. 北京， 科學(xué)出版社， 2005

[4] 吳邦達(dá).樁基用于防微振基礎(chǔ)的分析[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)， 2007（06）

[5] 動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50040-96 [S]

[6] 鄭華山.防微振設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)， 2008（09）

[7] 電子工業(yè)防微振工程技術(shù)規(guī)范（2009年送審稿） [S]