喷锚(土钉)支护技术在深基坑工程中的应用

摘要:本文结合昆明官南路立交桥D匝道工程实例,介绍了喷锚支护技术在深基坑支护中的应用以及对施工中一些技术问题进行阐述、分析,重点论述空间效应在喷锚支护技术中的应用、不同条件下支护结构的优化以及防止基坑变形的应急措施,对类似工程能起到参考作用。

关键词:深基坑;喷锚支护;应用

一、前言

随着我国城市建设的发展,土地资源日趋紧张,建筑工程普遍向高层或地下建筑发展,城市建设中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施,造成巨大损失。如何在深基坑支护中有效的进行施工质量、进度和工程成本的控制成为基坑支护过程中的重点控制内容。

二、喷锚(土钉)支护技术

喷锚(土钉)支护技术是一种利用经加固后的原位土体来维护基坑边坡主体稳定的支护方法,它是由土钉、钢筋网、喷射混凝土面板和加固后的原位土体等部分组成,该支护结构轻型,具有施工简便、快速及时、机动灵活、实用性强、随挖随支、安全经济等特点,施工操作方便,是一种较有前途的深基坑边坡支护方法,适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实性较好的砂土地层,开挖深度一般不大于15m。

三、基坑支护的类型

根据工程项目的具体情况,目前在基坑支护中支护的形式大体可分为两类,即支挡型和加固型。其中支挡型又可分为悬臂式和斜梁支撑,后者造价相对较高;加固型通过对基坑四周土体的加固,利用其自身重力挡墙原理,可满足主动土压力要求,其特点是造价低,施工方法简单。

四、基坑支护方式的选择

选择的出发点是安全、经济。所有的方案,在保证安全的前提下必须达到最大的经济效益。在基坑支护工程的设计和施工过程中,一定要做到以下几点:

1、基坑设计阶段,要根据基坑所在场地的工程地质报告、土工试验结果、土层含水量、区域地层参数的取值经验等综合选取;

2、在分析支护结构受力和变形时,应充分考虑施工的每一阶段支护结构体系和外部荷载的变化,同时要考虑施工工艺的变化,挖土秩序和位置的变化,支撑和留土时间的变化等;

3、基坑施工过程中应该制定完备的监测方案。

4、基坑工程的施工必须完全按照设计文件的要求去做。

5、对不同深基坑工程的设计施工,必须因地制宜,采取不同的技术方案。

五、喷锚(土钉)支护技术应用实例

以下结合昆明市南过境立交桥工程基坑支护的实例对喷锚(土钉)支护技术在深基坑支护中的应用进行阐述:

(一)施工准备――材料

1.1 锚杆制作与要求

(1)锚杆的杆体采用普通钢管,其外径为48mm,壁厚不宜小于3.5mm。

(2)锚杆的端部采用圆锥头形状,其大头直径应大于锚杆直径。

(3)锚杆的管壁应设置出浆孔眼。

1.2 水泥应采用普通硅酸盐水泥,若地下水对混凝土有侵蚀性,可采用抗硫酸盐水泥。细骨料应选用粒径小于2mm的中细砂。不得使用污水,不得使用PH值小于4的酸性水。

1.3钢筋的型号、规格、加工必须符合设计及规范要求,原材料及焊接必须经实验合格方可使用。

(二)施工工艺流程

喷锚(土钉)支护按以下流程施工:挖土修坡土钉孔定位成孔制安土钉配制、灌注砂浆绑扎钢筋网片焊接加强筋及井字钢筋配制混凝土喷射混凝土下层挖土。

(三)降水及排水

本工程地处盘龙江以西,并且紧邻盘龙江,因此地下水较为丰富,施工时除要考虑正常的防排地表水、雨水措施外,还必须考虑对盘龙江水的防渗漏和基坑底下渗水的排水措施。根据本工程项目的特点及地理位置情况,施工时在适当位置设置了6个降水井进行基坑排水,并根据基坑开挖后的实际情况,在基坑周围适当位置设置了集水坑抽排基坑积水。

(四)土方开挖及修坡

1. 土方必须分层开挖。

2. 每层开挖深度按设计施工方案进行,并视现场土质条件决定,一般情况下按一层锚杆的垂直间距进行开挖;

3. 开挖要到位,不得欠挖,严禁超挖。

4. 机械开挖后,应及时对壁面进行人工修坡,以保证平整、无浮土,并符合设计规定的坡角。

(五)锚杆施工

1. 锚杆用锚杆机强力打入被支护土层中,外露长度以25cm为宜。

2. 锚杆倾角严格按设计要求的15°进行施工控制。

3. 锚杆加长连接时,对接接头要焊牢,并在接头处绑焊3根φ16,长15cm的钢筋,并全长焊满。

(六)挂网

1. 钢筋网格为正方形,尺寸为20×20cm,允许偏差不得大于1cm。

2. 根据施工作业面分层分段铺设钢筋网,可用短钢筋将网片固定在坑壁上,距壁面的距离不宜小于4cm。

3. 网片间的搭接可采用绑扎,绑扎搭接的长度应不小于一个钢筋网格。

4. 边壁上的钢筋网需延伸至地表面,并与地锚焊接牢固。

5. 用φ16钢筋作为加强筋,沿锚杆水平、垂直或斜线方向焊接在锚杆上压紧钢筋网片。

6. 加强筋的搭接长度应符合要求。

(七)注浆

1. 水泥使用普通硅酸盐水泥,其标号选用42.5级。

2. 注浆的水灰比采用0.40～0.45,加入0.03%的三乙醇胺促进早凝。

3. 采用水泥浆(压力0.4MPa)注浆填满,管口设置浆塞。

4. 每次向管内注浆时,应记录注浆用量,以确认注浆的充实度,实际注浆量必须超过管的体积。

(八)喷射砼

1、喷射砼的碎石最大粒直径一般不大于15mm,标号采用C20,配合比严格按设计要求进行拌制。砼中加入3%的速凝剂。

2、混合料应搅拌均匀,随伴随用。

3、喷射时喷头处的工作风压应保持在0.15～0.2Mpa,喷头与受喷面应尽量垂直,并保持0.8m～1.2m的距离。

4、喷射顺序应自下而上,按螺旋式轨迹一圈压半圈均匀缓慢的移动。

5、喷射砼时,给料须均衡连续,宜少不宜多。

6、喷射砼的搭接,水平方向一般为45°搭接,垂直方向一般以水平加强钢筋为界,至少留一个钢筋网格与下一层钢筋网片相连。

7、采用两次喷砼时,初喷厚度一般为3cm。

8、喷射砼后2小时应浇水养护,养护期不少7天。

(九)主要安全技术措施

1、施工前应认真进行技术交底,施工中应明确分工,统一指挥。

2、张拉设备应牢靠,试验时应采取防范措施。

3、机械设备的运转部位应有安全防护装置。

4、锚杆钻机应安设安全可靠的反力装置。

5、在有地下承压水地层钻进,孔口必须设置可靠的防喷装置。

6、锚杆与钢筋网的连接要牢靠,严防发生脱扣现象。

六、基坑喷锚(土钉)支护技术的几点思考

通过在昆明官南路立交桥D匝道工程中对基坑喷锚(土钉)支护技术的施工应用,在此提出以下几点思考:

1. 填土、淤泥计算参数及支护结构整体稳定系数取值的探讨。

(1)填土、淤泥计算参数

工程地质勘察报告往往无杂填土、素填土、淤泥等支护结构计算所需的重度(γ)、粘聚力(c)、内摩擦角(φ)参数,我们统计了大量的γ、c、φ参数后,得出昆明地区的经验数据,经注浆加固处理后,上述土层的c、φ值提高10～30%,以杂填土c值提高最明显。

(2)整体稳定系数

按条分法作稳定分析,整体稳定系数取K=1.2～1.3为妥,基坑深、土质差取高值,反之取低值;基坑支护施工期受大气降水、地下管道渗漏水及土体徐变等不良因素作用,设计时整体稳定系数宜增加0.1～0.2。

2. 空间效应在喷锚支护技术中的应用

空间效应广泛应用在基坑支护技术中,在以往的喷锚支护施工中我们也应用了时空效应,对基坑安全、节约支护结构用材,降低成本起到良好效果。

(1)改变基坑空间形状,缩短基坑边长,增加基坑角点,减少变形量。如将矩形改成八角形,减少支护工作量,减少长边变形(图1)。

(2)在场地条件许可下,改一级放坡为二级台阶式放坡开挖,减少土压力,减少支护工作量,降低工程造价(图2)。

3. 无天然粘(内)聚力的杂填土加固处理

无天然粘聚力的松散状杂填土,其破坏往往没有征兆,会突然塌下来,喷锚支护在杂填土中发生塌跨事故屡见不鲜,所以对杂填土需先加固处理后开挖。

4、基坑降排水

(1)浅层潜水型地下水面埋深浅(埋深一般

(2)深层微承压含水层(饱和状粉砂层等)采用井点降水,将地下水水位降至基坑底标高以下,对邻近建筑物应作回灌,达到动平稳,减少建筑物基础的沉降量。

七、后语

近几年来,在城市建筑工程项目中,虽然深基坑喷锚(土钉)支护技术得到了广泛的应用,但在部分工程应用基坑喷锚技术过程中,也曾发生过不少地面开裂、坑壁塌方、坑地土隆失稳、邻近地下管线破裂、破坏等事故,究其原因:主要是忽视了喷锚技术的局限性,不顾条件地使用喷锚支护。希望能通过这篇文章对喷锚(土钉)支护技术在深基坑支护中的应用、思考,对今后的类似工程施工有一定的参考作用。