噴錨支護技術在某立交工程基坑開挖中的應用

周世諒

1 工程概況

1.1 工程簡介

泉州市大坪山立交工程位于泉州市豐澤區大坪山隧道西洞口,包括框架橋及兩端引道工程,全長 700m,設計標準為城市Ⅰ級主干路,橋涵設計荷載為城A級,路面設計年限 30年。其中樁號K 0+240～K 0+410,基坑開挖深度為12m～18.5m,邊坡地質條件復雜,施工期間需要臨時支護。

1.2 工程地質

本工程地貌上為山前沖海積平原,場地地層按巖土性質自上而下分為:素填土(厚度2m～5m)、填矸(厚度0.5m～3.4m)、亞粘土(厚度0.45m～11.1m)、淤泥(厚度1.3m～9.15m)、殘積砂質粘性土(厚度 0.95 m～20.1 m)、全風化花崗巖(層厚0.45m～7.5m)、強風化花崗巖(層厚0.25m～16.3m)、弱風化花崗巖(層厚0.5m～1.2m)、微風化花崗巖(層厚3.9m～14.7m)。

1.3 地下水埋藏條件及類型

場地地下水主要為風化基巖網狀孔隙裂隙承壓水,局部表層含上層滯水。地下水主要受大氣降水和鄰區含水層的側向補給,其水位受季節、降雨量和附近地表水水位變化的影響。

2 工程特點及基坑支護方案選定

2.1 工程特點

本工程場地狹窄,施工工期緊,工程區地質情況復雜。

2.2 方案選定

為保持巖石原有的性能,充分發揮巖體承載作用,對變形加以控制,用壓縮空氣將摻有速凝劑的混凝土拌合料通過混凝土噴射機高速噴射到開挖成型的隧道等巖面上迅速凝固而起支護作用。噴錨支護具有節約開挖量,施工速度快,應用靈活,噴射混凝土厚度也遠小于常規混凝土澆筑厚度,節約混凝土工程量,降低支護成本。本工程基坑支護屬于臨時工程,本著降低支護成本、快速施工、保證施工期間安全的原則,經綜合分析和比較:基坑平面、開挖深度、地質條件、環境要求及工程造價等因素,對基坑東側開挖深度為12m～18.5m的邊坡支護采取噴錨支護方案。

3 噴錨支護施工

3.1 原材料

1)鋼筋。選用符合國家標準的鋼筋。錨筋采用直徑 20 mm的螺紋鋼筋,鋼筋網采用直徑 6mm的鋼筋。

2)水泥。采用符合國家標準的P.O 32.5R的普通硅酸鹽水泥。

3)砂。采用晉江河砂,其細度模數大于 2.5,使用時的含水率應控制在5%～7%(拌和砂漿前應過篩);石子最大粒徑 15mm,回彈落下的石子不能重復使用。

4)配合比:混凝土采用C20細石混凝土,其配合比為水泥∶砂∶石子的重量比為1∶4∶4,水灰比為0.45,砂率為 50%。

3.2 施工設備選定

1)施工鉆孔設備:錨桿鉆孔采用TK式螺旋鉆及手持式風鉆機;

2)噴射混凝土設備:采用CPS2000型噴射機;

3)錨桿注漿:注漿采用活塞型擠壓漿泵。

3.3 噴錨支護施工工藝流程

噴錨支護施工工藝流程:施工準備→土方開挖→初噴混凝土封閉→鉆錨桿孔→錨桿安插、壓力灌漿→掛鋼筋網→二次混凝土噴射。

3.4 噴錨支護施工

3.4.1 初噴混凝土

在噴射混凝土之前,采用高壓風或高壓水清洗巖面,將附著在巖面上的粉塵、硝屑沖洗干凈,以保證混凝土與巖面粘結牢固。若用高壓水清洗引起巖面軟化時,只能用高壓風清掃巖面雜物(視地質情況而定),并對待噴作業面進行清理,埋設控制噴射混凝土厚度的標志。噴射作業分段分片、自下而上進行,分段長度不宜過長,初噴混凝土厚度為4 cm,噴射混凝土終凝 2 h后,噴水養護,養護時間一般不小于 7 d。

3.4.2 鉆孔

鉆孔需在初噴混凝土后盡快進行,本工程在土層中鉆孔采用TK式螺旋鉆,遇有卵石、孤石時采用手持式風鉆機。鉆孔向下傾斜角10°,孔深4m～6m,孔徑50mm,孔距1.25m。孔位允許偏差±15mm,孔深允許偏差±50mm。

3.4.3 灌漿

灌漿使用活塞型擠壓漿泵,注漿孔口壓力不大于0.4MPa,注漿管插至距孔底5 cm～10 cm處,隨水泥砂漿的注入緩慢勻速拔出。

水泥砂漿配合比為水泥∶砂為1∶1,水灰比0.45～0.5,流動性15 cm左右。砂漿拌和均勻,隨拌隨用,一次拌和的砂漿在初凝前用完,砂漿強度不宜低于20MPa。

3.4.4 安插錨桿

根據錨桿計算和施工經驗進行取值,鋼筋采用直徑 20mm的螺紋鋼筋,間距 1.25m,先注漿,后安插錨桿。緊隨灌漿進度,及時將桿體插入已灌滿砂漿的孔內,錨桿桿體露出坡面的長度小于噴射混凝土的厚度。

3.4.5 掛鋼筋網

鋼筋網采用直徑 6 mm的鋼筋,間距 250 mm,保護層厚度20mm。呈網格狀配置,網與錨桿接觸點采用焊接,以保證鋼筋網的牢固,鋼筋網隨受噴面的起伏鋪設。基坑邊坡臨時噴錨支護示意圖見圖 1。

3.4.6 二次噴射混凝土施工

1)鋼筋網鋪設牢固后,即可在原初噴過的壁面上加噴混凝土;

2)嚴格掌握規定的速凝劑摻量,并添加均勻。

3)噴射機工作風壓一般控制在0.2MPa～0.4MPa;

4)噴射手嚴格控制水灰比,使噴層表面平整光滑,無干斑或滑移流淌現象;

5)噴嘴的方向應與受噴巖面垂直,噴嘴與受噴巖面距離保持在0.6m～1.0m范圍;

6)噴嘴移動軌跡應因地制宜,橫條、豎條、圓圈等應交替使用,移動速度要慢,讓混凝土“堆”起來,有了一定厚度再移開,然后逐塊擴大其噴射范圍;

7)噴射順序一般采用先下后上,先墻后拱;

8)凹凸不平時應先將凹處噴平,按正常順序噴射,以減少回彈;

9)有鋼筋網時,宜使噴嘴靠近鋼筋,噴射角度也可適當偏一些,噴射混凝土應覆蓋鋼筋;

10)噴完或間歇時,噴嘴應向低處放置,一工班結束,要拆開噴頭,取出水環,用水清洗干凈,疏通水眼,以備下一班使用。噴完后,噴射機具均應清洗、保養,以保證機具處于完好狀態。

4 噴錨支護施工效果

4.1 質量檢查

噴錨支護施工前,對各種原材料的品質進行檢驗;施工過程中,對各工序進行控制;噴錨支護完成后,取混凝土試塊進行抗壓試驗,對噴層厚度及整體性檢查。

本項目施工錨桿計 400根。

噴射混凝土的性能檢查(包括抗壓強度、抗滲強度、抗拉強度、噴射混凝土與巖面粘結強度)、噴層厚度檢查,噴射混凝土的施工作業區粉塵濃度的測定方法按照規范DL/T 5181-2003進行,全部達到合格標準(見表1)。

表1 現場錨桿試驗結果

4.2 支護效果

根據 JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程規定,在基坑施工及地下結構施工期間,應對周邊環境和支護結構進行監測。本工程對深基坑邊坡實施噴錨時,對噴錨邊坡布置 2條沉降和位移觀測線,以便隨時觀測基坑開挖與支護對基坑地形影響,同時檢測噴錨的效果,根據實際觀測,基坑最大沉降量為 20mm,最大位移值為 18mm,到施工后期土體變形基本穩定;整個施工過程基坑護坡穩定,取得了比較好的基坑支護效果。

5 結語

泉州市坪山路立交工程深基坑開挖采用噴錨進行支護,從基坑開挖后至框架橋主體結構施工完成,整個基坑圍護暴露在外歷時 10個月,并經歷 4月～8月份多雨季節,基坑支護均安全穩定,說明支護方案是成功的,保證了整個工程按合同工期完成。噴錨支護在基坑開挖支護中比其他支護形式較為經濟,且施工速度快,作業所占場地小,護坡質量可靠,可為類似地質條件的基坑開挖提供借鑒。

[1] JGJ 120-99,建筑基坑支護技術規程[S].

[2] 張 劼.漫談深基坑支護[J].山西建筑,2010,36(5):115-116.