土釘墻與錨桿聯(lián)合支護施工技術(shù)初探

何國忠

廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司（361000）

土釘墻與錨桿聯(lián)合支護施工技術(shù)初探

何國忠

廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司（361000）

以某基坑支護工程為例，討論了錨桿與土釘聯(lián)合支護在類似條件深基坑工程中的應(yīng)用，可為類似基坑支護工程提供一定參考。

基坑支護;錨桿施工;土釘墻

由于某些水位較高、深度較大的基坑支護工程,工期緊張，周圍場地條件受限，在基坑支護中使用傳統(tǒng)復(fù)合土釘墻支護難以達(dá)到設(shè)計要求。

1 土釘與錨桿聯(lián)合支護機理

土釘支護結(jié)構(gòu)是工程中十分常用的基坑邊壁支護方式，利用土體本身的加固來抵抗基坑荷載。但隨著基坑開挖的不斷深入，邊壁臨空高度越來越大，對支護的要求也更高，此時只有對土釘支護結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定改進(jìn)，方能有效提高邊壁土體的水平抗力，使邊壁土體強度得到最大限度利用。

錨桿支護是在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場等地下硐室施工中采用的一種加固支護方式。用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱,打入地表巖體或硐室周圍巖體預(yù)先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板（亦可不用），或依賴于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補強效果，以達(dá)到支護的目的。錨桿支護具有成本低、支護效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工空間少等優(yōu)點。

利用錨桿與土釘聯(lián)合支護，對于控制坑壁側(cè)向變形，提高土體整體性能是效果顯著的。錨桿與土釘聯(lián)合支護是一種結(jié)構(gòu)受力合理、施工方便、適應(yīng)性強的支護方法。

2 工程概況

某污水處理廠構(gòu)筑物，外長和外寬分別為86.7m和58m。基坑開挖深度為9.0～10.0m,其中東面基坑(10m)支護采用錨桿與土釘墻聯(lián)合支護方式。

2.1 地質(zhì)情況

土層分布情況是根據(jù)地質(zhì)勘測資料所得，如表1所示。

表1 由地質(zhì)勘探資料得到的土層信息

2.2 地基土評價

表層雜填土結(jié)構(gòu)疏松，承載力低，壓縮性大，工程性質(zhì)差。

重粉質(zhì)黏土層呈可塑狀、硬塑狀，承載力較高，工程性質(zhì)好。

淤泥層承載力低，呈流塑狀，屬高壓縮性軟弱土層，工程性質(zhì)差。

粉質(zhì)黏土層承載力較低，工程性質(zhì)稍差。可塑粉質(zhì)黏土層承載力較高，工程性質(zhì)較好。流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層屬高壓縮性軟弱土層，工程性質(zhì)很差。中砂、卵石層承載力較高，工作性質(zhì)較好。

3 錨桿施工

錨桿施工流程：確定孔位→鉆孔就位→調(diào)整角度→鉆孔→清孔→安裝錨索→一次注漿→二次補漿→施工錨索腰梁→張拉→錨頭鎖定→割除錨頭多余鋼鉸線,對錨頭進(jìn)行保護。

1）確定孔位。鉆孔位置直接影響錨桿的安裝質(zhì)量和力學(xué)效果,因此,鉆孔前應(yīng)由技術(shù)人員按設(shè)計要求定出孔位,標(biāo)注醒目的標(biāo)志,不可目測定位。

2）調(diào)整鉆桿角度。鉆孔就位后,由機長調(diào)整鉆桿鉆進(jìn)角度,并經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員用量角儀檢查合格后,才可正式開鉆。另外,要特別注意檢查鉆桿左右傾斜度。因本工程第一道錨桿均為一樁一錨,水平間距才1m,鉆孔過大的左右傾斜度會導(dǎo)致相鄰兩根錨桿錨固體的間距變小,出現(xiàn)應(yīng)力集中,影響錨固效果。入射角允許偏差±2°。

3）鉆孔。因本工程地質(zhì)較復(fù)雜，采用等同錨桿直徑的套管跟進(jìn),壓水鉆進(jìn)的方法鉆孔,鉆進(jìn)時壓力水從鉆管流向孔底。在一定水頭壓力下,水流攜帶鉆削下來的土屑排出孔外,鉆進(jìn)時要不斷供水沖洗,包括接長鉆管和暫時停機,而且要始終保持孔口水位。若發(fā)現(xiàn)不能壓水進(jìn)去,說明已堵管,應(yīng)拔出鉆管,把黏土塞取出,再繼續(xù)鉆進(jìn)。待鉆進(jìn)至規(guī)定深度(鉆孔深度大于錨桿長度0.5m),鉆機繼續(xù)旋轉(zhuǎn),并壓水沖洗殘留在孔中的土屑,直到流出的水不渾濁為止。此時應(yīng)安插錨索,并立即注漿。

4）錨索的制作與安裝。①每根鋼絞線的下料長度=錨桿設(shè)計長度+腰梁的寬度+錨索張拉時端部最小長度(與選用的千斤頂有關(guān))。本工程的鋼絞線下料長度=錨桿設(shè)計長度+1.1m。②鋼絞線自由段部分應(yīng)滿涂黃油,并套入塑料管,兩端綁牢,以保證自由段的鋼絞線能伸縮自由。③捆扎鋼絞線隔離架沿錨桿長度方向每隔1.5m設(shè)置一個。④錨索的安插。錨索加工完成后，小心運至孔口。入孔前將錨索與注漿管同步送入孔內(nèi),直到孔口外端剩1.1m為止。如發(fā)現(xiàn)錨索安插入管內(nèi)困難，說明鉆管內(nèi)有黏土堵管,不要再繼續(xù)用力插入,而應(yīng)把鉆管拔出,清除鉆孔內(nèi)的黏土,重新在厚位鉆孔到位。

5）注漿。①本工程采用邊注漿邊拔管的注漿方法,拔管比注漿遲后不小于5m。②采用425#普通硅酸鹽水泥配制水泥漿,水灰比控制在0.4～0.45,注漿壓力控制在0.4～0.6mPa,直到孔口溢出漿。此時就把鉆管全部撥出,注漿管不拔。③接著用水泥袋、濕黏土加鋼板封口，并嚴(yán)密堵實,以0.4～0.6mPa穩(wěn)壓注漿5min，再拔出注漿管。④注漿量要大于其理論計算量的1.2倍。本工程所有錨桿的注漿量均大于1.25倍。

6）上錨具、張拉。錨具張拉前，首先對試塊3 d抗拉強度進(jìn)行檢查，如達(dá)到15mPa，則按規(guī)范要求用拉拔機分級進(jìn)行張拉。

4 土釘墻施工

根據(jù)基坑設(shè)計圖紙，東面基坑支護為土釘墻，土釘墻錨桿采用Φ22鋼筋，間距為1 000mm。鋼筋網(wǎng)采用8Φ200×200，各施工段間必須焊接，噴射硅采用濕噴法，強度等級C25，東側(cè)厚度為80mm，土釘位置局部100mm，西側(cè)等厚100mm。

4.1 工藝流程

土方開挖→修整邊壁→測量、放線定位→鉆機就位→接鉆桿→校正孔位→調(diào)整角度→打開水源→鉆孔→鉆至設(shè)計深度→孔內(nèi)沖洗→插入鋼筋→壓力灌漿→養(yǎng)護→面層鋼筋網(wǎng)→加強鋼筋→加強鋼筋與土釘焊接→噴射硅。

4.2 操作工藝

1）土層錨桿作業(yè)施工程序與水作業(yè)鉆進(jìn)法基本相同，只是鉆孔中不用水沖洗泥渣成孔，而是使土體順螺桿出孔外。鉆孔要保證位置正確，要隨時注意調(diào)整好錨孔位置，防止出現(xiàn)相互交錯和高低參差不齊的情況。2）鉆進(jìn)過程中應(yīng)來回多次提插鉆桿,并用清水將孔底沉渣洗凈，再接下節(jié)鉆桿;遇有堅硬土層時，可增加鉆桿的鉆孔深度，以多出10～20 cm為宜，以防管子堵塞。3）使用鋼筋和鋼絞線之前應(yīng)對其各項性能進(jìn)行嚴(yán)格檢查，如不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)及時更換或處理。鋼絞線長度與使用要求差值宜在5 cm以內(nèi)，并用鐵絲將端部綁牢。4）拉桿應(yīng)由專人制作，要求順直。鉆孔完畢應(yīng)盡快地安設(shè)拉桿，以防塌孔。拉桿使用前要除銹，鋼絞線要清除油脂。5）在灌漿前將管口封閉，接上壓漿管，即可進(jìn)行注漿，澆注錨固體。灌漿是土層錨桿施工中的一道關(guān)鍵工序，必須認(rèn)真進(jìn)行，并作好記錄。灌漿材料多用純水泥漿，水灰比控制在0.4～0.45。6）灌漿壓力，一般不得低于0.4mPa，不宜大于2mPa。為提高錨桿抗拔力，宜采用封閉式壓力灌漿和一次壓力灌漿。注漿前應(yīng)對輸漿管道進(jìn)行檢查，注漿后應(yīng)及時清洗攪拌、壓漿設(shè)備。注漿后自然養(yǎng)護時間應(yīng)在一周以上。待強度達(dá)到設(shè)計強度等級的70%以上,方可進(jìn)行張拉工藝。7）張拉前要檢驗錨具硬度，對千斤頂進(jìn)行校核，清擦孔內(nèi)泥砂和油污。根據(jù)實際所需張拉力，并考慮松馳情況來確定張拉力，一般按設(shè)計軸向力的75%～85%進(jìn)行控制。8）錨桿、土釘張拉時，分別在拉桿上、下部位安設(shè)兩道工字鋼或槽鋼橫梁，與護坡墻(樁)緊貼。當(dāng)張拉到設(shè)計荷載時，擰緊螺母，完成錨定工作。9）噴射混凝土面層。面層鋼筋網(wǎng)片應(yīng)牢牢固定在邊坡壁上，并符合規(guī)定的保護層厚度的要求,可用插入土中的鋼筋固定，在混凝土噴射時不出現(xiàn)移動。鋼筋網(wǎng)片按設(shè)計要求采用焊接或綁扎,混凝土配合比按設(shè)計要求通過試驗確定。

4.3 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

4.3.1 主控項目

1）錨桿工程所用原材料，鋼材、水泥漿、水泥砂漿強度等級，必須符合設(shè)計要求，錨具應(yīng)有出廠合格證和試驗報告。2）錨固體的標(biāo)高、直徑、傾角、深度、安放及組裝必須符合設(shè)計要求。3）在施工和設(shè)計規(guī)范要求內(nèi)完成錨桿的張拉、鎖定和防銹處理工作。4）土層錨桿的試驗和監(jiān)測，必須符合設(shè)計和施工規(guī)范的規(guī)定。

4.3.2 一般項目

1）水泥砂漿必須經(jīng)過試驗，并符合設(shè)計和施工規(guī)范的要求，有合格的試驗資料。2）在臺座承壓面平整的情況下進(jìn)行張拉和鎖定，確保與錨桿軸線方向相垂直。3）基本試驗過程應(yīng)嚴(yán)格控制施加的最大試驗荷載值，以小于鋼絞線、鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍為宜。4）基本試驗所得的總彈性位移應(yīng)小于自由段長度與1/2錨固段長度之和的理論彈性仲長，大于自由段長度理論彈性仲長的80%。5）質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.3 特殊工藝關(guān)鍵控制點控制

1）機具確定：根據(jù)設(shè)計要求、地質(zhì)水文情況和施工機具條件，認(rèn)真編制施工組織設(shè)計，選擇合適的鉆孔機具和方法。2）錨桿安裝：錨桿安裝應(yīng)按設(shè)計要求，正確組裝，正確綁扎，認(rèn)真安插，確保錨桿安裝質(zhì)量。3）灌漿：錨桿灌漿應(yīng)嚴(yán)格控制水泥漿、水泥砂漿配合比，做至攪拌均勻，并使注漿設(shè)備和管路處于良好的工作狀態(tài)。4）鉆進(jìn)：在鉆進(jìn)過程中，選擇合理的鉆進(jìn)速度，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，以防出現(xiàn)卡鉆、埋鉆、掉塊、坍孔、縮頸和涌砂等各種通病。5）注漿：為防止出現(xiàn)塌孔，干作業(yè)鉆機拔出鉆桿后應(yīng)立即進(jìn)行注漿。為防止流砂涌入管內(nèi)，造成堵塞，應(yīng)嚴(yán)格控制水作業(yè)鉆機拔出鉆桿后孔內(nèi)外套的穩(wěn)定性，確保不會坍孔。

4.4 基坑構(gòu)造

1）基坑頂荷載不得超過設(shè)計荷載20 kPa。2）在基坑面及基坑底，沿基坑周邊設(shè)350mm×350mm磚砌集水溝，每15m設(shè)600mm×600mm×800mm集水井一只。3）土釘在基坑壁上呈梅花形布置,土釘采用Φ22鋼筋，支架間距2m，鋼筋網(wǎng)Φ8@200× 200。各施工段間必須焊接，坡面上下段鋼筋搭接長度應(yīng)大于3 000mm。4）噴射硅采用濕噴法，強度等級C25,東側(cè)厚度為80mm，土釘位置局部100mm，西側(cè)等厚100mm。5）土釘及注漿錨管的注漿壓力不小于0.6mPa，須慢速進(jìn)行，確保注漿充盈，注漿材料采用水泥砂漿，配合比1：1，水灰比0.45。注漿前應(yīng)將孔內(nèi)殘留或松動的雜土清除干凈,注漿時注漿管應(yīng)插至距孔底250～500mm處，孔口部位宜設(shè)置止?jié){塞及排氣管。6）基坑開挖和土釘墻施工應(yīng)按設(shè)計要求自上而下分段分層進(jìn)行。每段施工長度不大于10m。在機械開挖后，應(yīng)輔以人工修整坡面，坡面平整度的允許偏差為20mm。在坡面噴射硅支護前，應(yīng)清除坡面虛土。7）為保證挖土邊坡的穩(wěn)定，防止塌方、滑坡，禁止在邊坡附近棄土及堆載。

5 結(jié)論和啟示

經(jīng)計算，本工程各開挖工況的整體穩(wěn)定性驗算均滿足規(guī)范要求，可得到以下結(jié)論和啟示：1）錨桿與土釘聯(lián)合支護在本次深基坑開挖過程中發(fā)揮了重要作用，對基坑穩(wěn)定貢獻(xiàn)很大。2）采用錨桿支護與土釘聯(lián)合支護的方法，可以有效控制基坑側(cè)壁的水平位移和臨近建筑物的豎向沉降，從而保證基坑周邊建筑物的安全和正常使用。3）基坑工程地域特點非常明顯，各地在對這一支護方式進(jìn)行適用性探索時應(yīng)注意結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)和環(huán)境情況，合理選擇。4）為探討錨桿與土釘墻聯(lián)合支護的力學(xué)傳遞規(guī)律及其相互作用規(guī)律，還應(yīng)進(jìn)行更多的實際工程監(jiān)測與分析，以利于該種技術(shù)的推廣與應(yīng)用。