结合实例浅谈深基坑喷锚支护技术在施工中的运用

　　摘要:本文介绍了深基坑喷锚支护技术在某建筑地基基础运用，不但保证了施工质量，达到基坑边坡稳定的目的，而且缩短了工期，取得可观的经济效益。以此工程为例介绍喷锚网支护的原理、特点、设计与施工方法，供同行参考。

　　关键词:喷锚;基坑支护;喷射混凝土

　　喷锚网支护是目前深基坑支护工程中采用较多的一种支护方式。它是喷射混凝土、锚杆、钢筋网联合支护的简称，它是挡土结构与外拉系统相结合的一种深基坑组合式支护结构。其设计理论简单，施工技术容易掌握，方案调整灵活方便，可根据基坑边坡变形情况及时调整支护方案，增加支护强度，确保基坑工程安全。工程实践证明，该技术用于深基坑开挖支护结构是安全可靠的。与传统的支护结构相比，喷锚支护结构有工期短，造价低的优点。

　　1工程概况

　　某工程位于高速公路入口之南，工程地上4层,地下1层，北为人行道边,南为足球场边,不仅施工场地范围十分狭小,而且人行道边的市政电缆及给水管的保护也十分重要。

　　该工程的地质情况根据地质资料揭露,地面以下12m左右深度内地层自上而下依次为Qml人工填土层:呈松散状,层厚为1.5～3m,平均厚度为 2.2m,场内连续分布;Qal冲积层:呈软塑～松散状,层厚为3.7～8.8m,平均厚度5.72m;Qel残积层:呈软塑～硬塑状,层厚为 3.0～9.5m,平均厚度6.10m。

　　该工程地下水位为1.2～1.6m,场区上部地下水主要储存于透镜状粉细砂层中,粉土为弱含水,其中,杂填土主要受地表水影响。

　　实际开挖时,人工填土层为大量的建筑垃圾(砖瓦碎石)在场内连续分布。考虑到地下室的净高为4.2m,基坑深度为-5.0m(场地地面-0.3～- 0.65m),场地土层情况及周围环境不允许放坡,只能采用直立式护壁结构。若采用临时性支护(如钢板桩、旋喷桩等)费用较高;采用喷锚网支护,虽然费用亦不菲,但若考虑将喷锚网支护设计与地下室外壁设计相结合,那么,将大大降低地下室的成本造价。

　　2喷锚支护方案的设计原理

　　喷锚支护后的土体与支护结构形成一个整体，支护结构同时满足内力和外力的作用，保证支护面的稳定性。锚杆不被拔出或拉断，结构体同时具有抗滑和抗倾覆稳定。

　　3本工程中地下室外壁喷锚网支护技术方案探讨

　　由于作为永久性的地下室外壁,该工程喷锚网支护的设计较之普通喷锚网护壁在厚度上增大(普通喷锚网支护喷射混凝土的厚度一般为80～100mm),喷锚网护壁厚度取200mm,采用C20混凝土,根据土压力、水压力及外围地面荷载按照连续板设计,并将钢筋网中的«16@1600肋筋垂直设置并于钢筋网中布置了加强筋与锚杆焊接在一起,使加强筋在喷射混凝土板中起暗梁的作用。详见图1。

　　图1喷锚支护示意图(单位:mm)

　　注:图中①为φ8@200钢筋网双向挂网;②为φ25锚杆长10～13m;③为加强筋φ16@1600双向垂直布置,锚杆与加强筋的交叉点焊接;④为护壁地表护筋φ16@500;⑤护壁顶圈梁

　　根据地质报告中地下水概况,场区上部水主要为地下水,所以,在开挖前,将基坑周边地表用水泥砂浆封闭,并设排水沟排水,以防雨水或地表水进入边壁内。到基坑大面积开挖时,地下水量较大,施工时在基坑底四周设置排水沟,并在一定长度范围内设集水井降水。对于地下室的永久性排水处理,原考虑“疏”而非 “堵”,即在地下室底板板面找坡沿墙壁四周设排水沟最后集水井抽水。在喷锚的施工过程中,由于地下水季节性较强,将“疏”改为“堵”,这为今后的使用留下了后患。

　　4喷锚网支护在本工程中的设计应用

　　对于永久性喷锚网支护,土层锚杆入岩设计抗拔力限值一般为300～500kN。本工程考虑到场地土质情况较差,设计的单根锚杆的设计抗拔力为 100kN,灌浆压力0.5Mpa根据场地地质资料及施工条件(土层锚杆钻孔采用XJ-100型油压钻机),确定锚杆的水平夹角,夹角越小,则水平分力越大,锚固越有利,一般水平夹角为15°～45°,合适的水平夹角是锚杆设计的一个重要部分。考虑到本工程场地各土层的设计参数,锚杆的水平夹角定位为倾角 25°。本工程各支护参数的确定是先初选,然后进行支护的内部及外部的整体稳定性分析,再进行锚杆的抗拉计算等,如此计算后对初选参数作出修改和调整。

　　作为永久性地下室外壁,在确定喷锚网支护参数时,除考虑土压力及施工荷载外,还要考虑基坑外围的永久性动、静荷载。在土压力的计算中,偏安全采用朗肯主动土压力公式计算。

　　Ea=1/2γh2tg2(45°-φ/2)(1)

　　式中γ为土的重度;h为基坑高度;φ为土的内摩擦角。

　　锚杆安全系数K值按照《土层锚杆设计与施工规范》CECS22:90表2.3.2按永久锚杆取值K=1.8。

　　灌浆锚杆的极限抗拔力取决于砂浆锚固段与周围土层接触面上的抗剪力,锚杆极限抗拔力表达公式为

　　Tu=πDLeτ(2)

　　式中Tu为土层锚杆的极限抗拔力(kN);D为锚杆钻孔直径;Le为锚杆的有效锚固长度(m);τ为锚固段周边的抗剪强度(kN.m-2)。

　　本设计根据土层地质情况,第二层锚杆的抗剪强度τ取为45kN.m-2,第三层锚杆的抗剪强度τ取为60kN•m-2。

　　锚杆受拉荷载计算公式:

　　Tk=ζeakSHSV/cosθ(3)

　　式中ζ为荷载折减系数,本工程取为ζ=0.87;eak按锚杆处最大主动土压力取值;SH、SV分别为锚杆水平间距与垂直间距,SH=1.0m、SV=1.2m;θ为锚杆与水平面的夹角。

　　最后验算支护墙体的抗滑移稳定性与抗倾覆安全性。

　　5喷锚网支护施工工艺

　　喷锚网支护法施工,就是喷射混凝土与锚杆、钢筋网联合施工以支护基坑边壁的方法。喷锚网支护法的作用原理,就是利用稳定土体与受拉锚杆的摩擦力,保持基坑边土体的稳定;提高土体强度,并与土体形成共同作用体,使土体与支护结成一体成为坚固的基坑壁。

　　本工程的喷锚网支护作为地下室的永久性外墙,在施工过程中注意了以下几点。

　　(1)严格保证喷锚混凝土的质量。作为地下室永久性外墙,防渗防漏尤其重要。所以,混凝土的配制搅拌应严格按照混凝土的施工配合比,尤其是水灰比,由于骨料为干拌,因此喷射时兑水量应掌握好,以使混凝土喷射后不流淌、不下坠、不开裂。混凝土喷射初凝后即开始洒水养护。

　　(2)保证喷射混凝土板的厚度。首先,基坑修边时,人工锄修边坡误差不大于±20mm,以保证喷射面的平整。喷射混凝土时,作业人员需逐次逐层喷设, 每层喷50～100mm,喷头与墙面垂直,以保证均匀喷射。喷射混凝土的厚度应尽量保持一致,避免喷射后的钢筋混凝土喷锚板厚薄不一,并保持混凝土面的平整。

　　(3)锚杆灌浆质量。只有当灌浆锚杆内产生拉应力时才会将土体与喷射钢筋混凝土板结合为一体,所以,在高压灌注水泥浆时,钻孔端部压密压紧,稳压注浆15～30s后待浆体溢出后,再停止注浆,拔出压浆管。

　　(4)作为地下室永久性外墙,护壁内的钢筋不仅仅是临时支护作用,还要永久抵抗土体的侧压力。因此,钢筋制作时,钢筋位置的准确、保证保护层的厚度、钢筋网的焊接及其与加强筋的焊接都尤其重要。

　　(5)为保证喷锚支护的安全稳定性,从基坑开挖开始,到喷锚支护护壁完成,整个施工阶段均采取了信息化施工。

　　(6)动态设计始终贯穿于喷锚支护护壁施工过程中。例如:原设计锚杆分3排锚入,基坑开挖后,人工填土层的厚度不均且场地原地面标高在2-7轴至 2-15轴一带较低,因此,第一排锚杆由-1.95m处成孔改为-2.15m处成孔,且北边段2-A轴×2-13轴～2-15轴由原来3排锚杆改为2排锚杆。

　　(7)需要提及的是,要使锚杆产生足够的永久性拉应力(与土体的摩擦力),必须保证一定的锚杆长度,因此,喷锚网支护法施工的首要条件是建筑物场地四周一定范围内地下无障碍物,这包括其它建筑物基础、管道沟渠等。

　　6结束语

　　(1)喷锚网支护法作为地下室永久性外墙,在本次工程中的应用,为临时基坑支护转化为永久性基坑支护的技术应用做了一个尝试。目前,该工程竣工投入使用,根据基坑监测报告及跟踪观测,地下室的水平位移以及沉降量均未超过验收标准,地下室附近的人行道及运动场跑道均没有出现微裂缝。

　　(2)由于喷锚网支护法本身防水性能不如混凝土墙,因此,虽将排水措施由“疏”改为“堵”,但地下室内的渗漏问题始终存在。如果能在基坑开挖前对基坑四周进行止水处理(如深层搅拌作止水帷幕一圈),则此问题应该可以预防。对此渗漏问题,如强行堵住渗漏点,那么护壁(外墙)外土层水压力将加大,这对护壁 (外墙)的稳定性不利。所以,可以采用在护壁(外墙)边加砌180mm厚地下室外砖墙,将渗漏水由护壁(外墙)及砖墙之间的排水沟引走,以保证地下室内的干燥。

　　(3)喷锚网支护做地下室外墙只适用于5m内的一层地下室(浅基坑),对于多层地下室尚应进行进一步的稳定性验算

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