联合支护施工技术分析

【摘要】随着城市化进程的加快，大规模高层、超高层建筑的新建，地下空间的广泛利用，从而导致基坑开挖深度也随之加深，如何采取较优技术方案就很值得我们做深入地研究探讨。本文结合工程实例，介绍了在深基坑支护中联合支护技术应用。以便给类似的工程以借鉴之用。

【关键词】土钉联合支护喷锚微型桩

中图分类号：U455文献标识码： A

一、工程概况

工程位于兰州市安宁区安宁铺乡原兰州齿轮厂生活区，场地北侧为刘沙公路，东侧和南侧紧邻村庄，场地西侧为齿轮厂生产区。地上34层（一~二层为商业，三~三十四层为住宅）地下二层。主楼采用现浇混凝土剪力墙结构体系，属A级高度的高层建筑，剪力墙抗争等级为一级，裙房采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，框架抗震等级为一级；结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，建筑场地类别为Ⅱ类，结构设计使用年限和基础设计使用年限均为50年。总建筑面积为28938.48平方米，其中地上建筑面积27376.24平方米，地下建筑面积1562.24平方米，建筑总高度99.2米。基坑开挖深度为12.5米。基础采用桩筏基础，承台厚度为1.9米。

二、地质及水纹条件

该场地在勘探揭露深度内地层主要由第四系人工填土、冲洪积细砂、卵石及新近系砂岩组成。现按从上至下的顺序将各层土的岩性特征分述如下：

①素填土（Q4ml）：层厚0.50~4.50米，相应层面标高1556.35~1564.75米，该层在场地内分布连续，但回填深度起伏较大，浅黄色，成分以粉质粘土与砂为主，含有少量煤灰、炉渣和建筑垃圾等杂质，局部地段不同深度为混凝土，总体结构较松散，堆积时间短，欠固结。

②细砂（Q4al+pl）：层厚11.60~24.00米，埋深0.50~4.50米，相应层面标高1552.60~1562.83米，该层在场地内分布连续，但厚度变化较大，黄褐色，稍湿~饱和，稍密~中密，只要矿物成分以石英、长石为主，含有少量黑云母等暗色矿物，与粉质粘土层呈互层状，其粉质粘土夹层厚约0.10~0.30米不等。

③卵石（Q4al+pl）：层厚1.20~5.30米，埋深15.50~25.50米，相应层面标高1537.33~1542.50米，该层在场地内分布连续，青灰色，中密，湿~饱和，骨架颗粒成分为花岗岩、砂岩、灰岩及少量变质岩，磨圆度较好，呈圆状~次圆状，分选性一般，一般粒径为20~60mm，最大粒径约80mm~120mm左右，大于20mm颗粒含量约占总质量的50%~60%之间，局部夹有少量漂石，由于受水动力条件的影响，该层颗粒大小无论在水平方向或垂直放向均呈现不均匀状，局部泥质含量较高，充填物主要成分为砂、砾石。

④砂岩（N）：该层在本场地内与泥岩总体呈互层状分布，根据区域资料及现场勘察，岩层产状近似直立状，因此，在部分钻孔内揭露为砂岩，部分钻孔内为泥岩，本次勘察在场地内ZK88钻孔中最大揭露厚度为11.20米（未揭穿），层面埋深18.30~28.30米，相应层面标高1534.12~1539.19米，场地内分布连续，红褐色，强风化，细粒结构，中厚层状构造，岩体主要矿物成分为石英、长石、云母及少量暗色矿物，胶结较差，岩芯呈短柱状，扰动后易破碎后成砂状，遇水易软化，不经扰动时强度较高。根据区域地质资料，该层互层状砂层、泥岩厚度大于100米。

场地地下水主要为第四系松散岩类空隙潜水，地下水主要赋存于黄河Ⅱ级阶地卵石层，接受大气降水和地下水侧向径流的补给。地下水静止水位15.90~22.60米，相应水位标高1540.45~1542.19米，水位年变幅0.50~1.00米，场地内主要含水层为细沙层及卵石层，单孔涌水量为300m3/d，细沙层渗透系数为20.0m/d，卵石层渗透系数为35.0m/d，地下水自北向南径流，以潜流的形式向外排泄。

三、方案选择、设计与计算模型

3.1 方案选择

根据场区地质、水文情况及周边环境，基坑开挖深度，周边环境较复杂，北侧有构筑物且距基坑开挖边线最近仅2m、基坑东侧是场地主要的临时道路；同时考虑到施工作业面和材料堆场等一系列问题，因此基坑只能采取较小坡度。综合上述条件，经专家对方案多次研讨、论证、分析比较，最终选定采用土钉喷锚、围护桩及钢管竖向微型桩三种类型联合支护方案。在设计方面，可以保证基坑开挖安全；在经济投资方面比较经济，施工工艺相对简单，施工周期短。

3.2 设计参数

根据该场地《岩土工程勘擦报告》，并结合周边实际情况，将开挖范围按细纱夹土统一取值，具体参数确定如下：

土力学参数表

3.3方案设计

普通支护锚杆成孔100锚体为Φ20/Φ22钢筋，预应力锚杆成孔120锚体为Φ25/Φ28钢筋。孔内灌水泥浆，长度间距见设计图纸，坡面喷射80厚C20混凝土，喷射混凝土配合比为：水泥1：砂石：4水0.4同时根据地质条件的不同，增加添加剂。内设Φ6.5@250*250钢筋网片及Φ14单通筋和3Φ14钢筋300mm井字型点焊连接压加劲筋。

竖向微型桩采用DN40，长度9M，@1.5M；东侧竖向微型桩采用DN70，长度9M，@1.5M；内设Φ6.5@250*250钢筋网片，坡面喷射80厚C20混凝土，喷射混凝土配合比为：水泥1：砂石：4水0.4。

排桩采用Φ800，长度14500，@1800的钢筋混凝土桩，围护桩混凝土采用C30，配置13根22，箍筋Φ8@200，上部500不浇筑混凝土，主筋伸出500，桩外用三道槽钢a25间距2000，用预应力Φ28锚杆，L15000，@1800，内设Φ6.5@250*250钢筋网片，坡面喷射80厚C20混凝土。

3.4 计算模型

3.4.1喷锚支护计算简图

3.3.2 围护桩计算简图

桩嵌入深度计算

hp∑Epj―1.2γ0ha∑Eai≥0

四、施工方法

4.1 网喷砼护面施工

网喷砼护面的作用主要是限制土钉之间土体的变形，将土体侧向压力有效地传递给土钉，并调整相邻土钉的受力状态。根据全长注浆土钉的受力分析，锚头和面层受力较小，因此面层不必太厚。

同时应注意锚体和网片的连接可靠，因土钉全长注浆，自由段注浆体主要承担散力作用，锚头的拉力不大，故全部采用φ14单通筋和3φ14钢筋300mm井字型点焊连接压Φ6.5@ 250×250网片。同时，应注意局部竖向微型钢管桩和相应位置土钉的可靠连接。

4.2土钉及注浆施工

土钉采用洛阳铲成孔或冲击器打入设计深度后，均采用孔底压力注浆，水灰比为0.5。由于水泥注浆体的强度远大于土体强度，因此，土钉设计中水泥浆体的强度不是控制参数。

钢筋土钉孔径100mm，上部3排采用φ22钢筋，下部4排采用φ20钢筋，土钉双面搭接焊缝长度不得小于5倍d，若单面焊搭接不得小于10倍d，对中支架间距约1.7m；钢管土钉采用DN40锚管加工制作成花管，花管制作孔径6～8mm，间距300mm，端部2米不设置小孔，孔与孔之间成梅花型布置。

预应力锚杆孔径130mm，采用φ25钢筋，自由段设PVC套管，确保注浆体和钢筋剥离，外设[25槽钢，加厚10mm垫板和高强螺栓。

4.3维护桩施工

1放好桩位控制线，并砌筑井圈。

2人工挖孔桩，根据井圈大小垂直下挖，采用轱辘吊人工垂直运输土方的方法进行施工。

3施工时要随时校核桩径，桩身中心线，以免造成桩身偏移、桩身颈缩现象。

4人工挖孔桩施工时要随时观察井壁情况，发现异常现象应立即停止施工，报告施工或技术人员及时处理，处理完毕，经检查合格后方能继续施工。

5人工挖孔桩施工时，1个桩位应有2人，1人负责监护及垂直运输，1人开挖土方。

6井桩人工成孔灌注桩开挖时，确保桩径及垂直度，检查土壁的稳定性。

7人工挖孔桩开挖达到设计要求，检查合格时，应立即通知监理检查验收。合格后立即放已加工制作完毕的钢筋笼，及时浇筑砼。

8施工时如发现超深或地质情况与施工图纸不符，应立即通知监理、设计单位会同处理。

4.4预应力锚杆施工

（1）施工要求

严格按照国家和省市有关标准和设计图纸要求执行。

（2）施工方法

①定位

钻孔前应认真核对施工图纸，计算并进行测量定位，在边坡表面上标出每一钻孔的位置。地质条件若未出现变化，行距和排距严格按设计执行。若确需挪位(超过设计范围)须报专业技术负责人并经设计人员认可后才可进行变更，并作好原始施工记录和原因，由设计人员后补设计变更。

②钻孔

采用洛阳铲或潜孔钻机的钻进工艺成孔。

利用已布置好的风电系统和钻孔设备开始钻孔，钻孔时孔位角度、钻入围岩深度及其偏差应符合设计要求。造孔深度由作业手按照设计长度用钻杆标记控制，造孔时对造孔过程作详细记录，并对钻孔进行逐根登记、检验并作好书面自检记录。

根据设计和地层条件，选用洛阳铲或潜孔钻机。正式钻孔前，开动钻机先钻10cm 左右，停机检查钻杆是否移位，确认钻机稳固后便可正式钻进。正式钻进时，根据冲击器做功风压范围和碎石土、片岩等不同地层及不同的孔深来合理控制钻压和风压。

③制作预应力锚杆

锚杆由按照设计要求的φ28或φ25螺纹钢加工而成，杆体安装专用对中支架，使锚杆位于孔中央，锚杆采用直螺纹连接或帮条焊接。

④送入锚杆

将制作好的锚杆人工送入孔中，送入前要认真检查锚杆制作质量和长度，由质检员认真核对记录并批量报由监理工程师检查后方可送入。

⑤注浆

采用注浆机进行注浆，注浆管边注浆边徐徐拔出，确保注浆密实。或采用二次注浆的方式将锚孔灌满，待放置一段时间后，再进行口部压浆。水平和下斜孔采用底部注浆方法，上斜孔采用口部注浆、底部排气方法。

⑥张拉

预应力锚杆注浆结束3天后，施工槽钢，并拧紧螺栓，7天后按设计要求施加预应力，二次拧紧螺栓，并增设锁紧螺栓。

4.5微型桩施工

施工工序：测量放线定桩位-钻机就位整平-钻孔-下注浆管-填碎石-注浆

①测量放线定位出微型桩桩位，桩位偏差小于50mm。

②采用专用的小钻机或洛阳铲在放好的桩位上钻孔。

③注浆管采用DN40、DN70钢管，钢管下部3m范围内为花管，钢管上花管部分打出5~10mm灌浆孔，间距200mm，沿管表面螺旋状布置，刚广下部的孔眼焊堵严实。成孔后将钢管距孔中下入桩孔中，钢管下端下至孔底，上端略高于地面，为了防止钢管被异物堵塞，钢管上端用棉纱堵塞。

④注浆管安放好后，投入粒径5mm~15mm碎石，填实桩孔侧壁。

⑤用压浆泵通过钢管向桩孔内压注水泥浆，注浆浆液采用水泥浆，水灰比采用0.8~1.0，注浆压力值0.4~1.0Mpa，压浆时浆液从孔底的钢管灌浆孔中压出，压入钢管周围细石及土体的空隙中并自下而上向上升，当浆液升至地面时停止注浆，静置30min后进行二次补灌。

五、施工注意事项

1、排桩支护

（1）垂直度偏差过大、孔壁坍塌、孔底残留虚土太多、孔底出现积水、桩身混凝土质量差、钢筋笼扭曲变形。

（2）桩顶设置连系梁，连系梁砼强度等级C25。

（3）桩间支护采用铺设ø6.5@300×300钢筋网，喷射C20细石砼。

（4）桩间支护与土方开挖交叉进行。

2、喷锚支护

（1）基坑的锚杆支护和土方开挖工作交叉协调进行，土方开挖每一层深度不得大于该层锚杆的竖向间距，否则将增加锚杆施工难度及影响基坑壁的稳定和安全，造成不必要的损失。

（2）根据喷射混凝土施工的具体情况，必要时加入速凝剂，但速凝剂必须做与水泥的相溶性试验。

（3）施工时可根据现场具体情况对锚杆的长度、间距等做一定的调整，以确保支护工程的质量和施工安全。

六、总结

通过后期对基坑的观察、监测，基坑的位移，变形等均在可控的预警值之内。周围的房屋只是出现了细微的裂缝。确保了基坑的安全，为基础施工提供了一个安全、可靠的工作面。