噴錨支護技術在工程中的應用及發(fā)展趨勢研究

■李啟帆，張 偉，李 英，張 超

■1.空軍勤務學院機場工程與保障系，江蘇 徐州 221000;2.空后機場營房部，北京 100036;3.中南航空港工程建設總隊，湖南 衡陽 514500

自上世紀50年代噴錨支護技術問世，隨著新奧地利隧道施工方法的推廣，已逐漸在世界各地水工、建筑、鐵道、礦山等部門廣為應用。這種技術最開始的應用范圍僅局限于對巖體進行加固的工程項目中，隨著建設施工的發(fā)展，逐步開始應用到土體的加固工程中。20世紀80年代，我國將噴錨支護技術引人到高邊坡治理工程和隧道支護建設工程中，取得較好的效果。90年代，噴錨支護技術被運用到深基坑項目中，并通過多個案例施工實踐得到廣泛的推廣，均取得良好成效。

1 噴錨支護技術在工程中的應用

噴錨支護是指錨桿支護、噴射混凝土支護以及它們與其他支護結構的組合，國內廣泛應用的噴錨支護類型包括:錨桿支護、噴射混凝土支護、錨桿噴射混凝土支護、鋼筋網噴射混凝土支護、錨桿鋼架噴射混凝土支護以及錨桿鋼筋網噴射混凝土支護[1]。

1.1 在深基坑支護中的應用

徐州中央國際廣場C地塊深基坑工程基坑開挖深度為19.6m。由于基坑圍護工程施工時，北側百貨大樓正常營業(yè)，含有兩層地下室，基礎形式為樁基礎，錨桿施工時須穿過地下室樁基，對其有一定影響，因此圍護方案除西北角采用三道鋼筋砼支撐外，其余均選用可回收預應力錨桿作為水平傳力體系。基坑施工全過程中，通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據進行處理分析，得到在支護開挖過程中，周邊地表沉降、樁頂深層位移的變形值均在設計要求的范圍之內，確保了圍護結構及周邊建筑物的安全。

目前，噴錨支護技術在相當數(shù)量的深基坑工程中已經取代了橫撐式支擋結構。深基坑的噴錨支護無論從設計理論還是施工技術來講都日趨成熟。在開挖過程中如果基坑能夠及時支護，能根據施工情況及時調整支護方案并在整個過程進行變形監(jiān)測，則會便于深基坑工程的動態(tài)管理，達到保證深基坑工程安全、節(jié)省深基坑支護成本的目的。

1.2 在山體護坡中的應用

山體護坡工程噴錨支護體系主要由土釘〔錨固體〕與噴射混凝土面層構成。深圳亞太國際學校建設工程中，建設場地要求沿山腰進行人工巖土體開挖，從而形成了一系列人工邊坡，該工程采用噴錨支護技術對邊坡進行了加固處理。在山體護坡施工過程中通過對噴射混凝土厚度，錨固體與噴射混凝土強度以及材料質量的檢測，結果表明以上指標均達到了設計和規(guī)范要求。另外根據土釘抗拔試驗結果及變形監(jiān)測數(shù)據，此工程土釘抗拔力及邊坡變形量均滿足設計和規(guī)范要求，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

目前，噴錨技術在山體護坡中已經很大程度上取代了傳統(tǒng)的漿砌塊石式擋墻或重力擋墻結構。山體護坡噴錨支護技術的支撐原理簡單，施工方案靈活性高，可以根據山體的實際狀況和施工要求及時調整支護施工方案，并且可以有效節(jié)省山體護坡成本、保證山體護坡工程的安全施工。

1.3 在隧洞工程中的應用

烏鞘嶺隧道全長20050m。在隧洞掘進過程中，千枚巖圍巖在高地應力的作用下變形十分嚴重，屬大變形圍巖。為了有效抑制圍巖的變形，實際采用管錨及小直徑巖石錨索作為初期的主要支護手段之一。通過對錨固效果和隧道變形情況進行監(jiān)測，另外還進行了錨索軸力和墻部收斂測試，結果表明支護后隧道處于安全穩(wěn)定狀態(tài)[3]。

目前，噴錨支護已經發(fā)展成為一種普遍的隧洞襯砌支護臨時和永久方式。此種襯砌支護方式發(fā)展起來以后，以其施工速度快，應用靈活，并能大大節(jié)省工程量的特點得到了隧洞施工的大力推廣與應用。

2 存在問題

新奧法是現(xiàn)代支護理論的集中體現(xiàn)，它建立在工程實踐基礎之上，是一套系統(tǒng)完整的地下洞室工程建設方法，而作為新奧法主要的洞室圍巖支護手段，噴錨支護具有及時性、粘貼性、柔性、深入性、靈活性和封閉性等特點，但是在具體的開挖支護設計和施工實踐過程中，存在一些困擾工程建設的問題。

2.1 工程經驗、理論分析、現(xiàn)場監(jiān)測都存在缺陷

在實際工程中由于幾乎沒有完全相似的建設條件，因此工程經驗具有鮮明的個體性、局限性，在應用中必須具體問題具體分析，絕不能“生搬硬套”。

就目前而言，理論分析成果并不能作為工程設計和施工的有力支撐，只能作為輔助手段，必須與工程經驗相結合。在現(xiàn)有水平下，想要通過理論分析完整真實地模擬工程地質條件還十分困難，如果再考慮開挖爆破等施工動態(tài)影響，那更是一個巨大的挑戰(zhàn)，很難得到令人滿意的成果。

現(xiàn)場監(jiān)測同樣存在缺陷，一方面表現(xiàn)在儀器的埋設具有時序性，儀器所監(jiān)測的數(shù)據僅反映了某個時間狀態(tài)以后的變化，不同儀器的起始觀測時間狀態(tài)不一樣;另一方面表現(xiàn)在監(jiān)測儀器布置的局限性，相對于洞室圍巖整體，監(jiān)測總是點位的、局部的，而地質環(huán)境具有空間差異性，這就需要結合整體地質環(huán)境對監(jiān)測數(shù)據進行分析;此外，一些外部的工程因素，如爆破、撞擊、儀器安裝質量等都可能影響儀器的測試結果。

2.2 支護時機的選擇難以把握

在實際工程中，何時是最合適的支護時機，并沒有確切的答案。雖然可以通過監(jiān)測數(shù)據分析圍巖變形，但是當變形到什么程度是合適的支護“時機”，這些依然也沒有很好的解決方案。更重要的是，支護時機應該考慮工程施工，要和施工進度相協(xié)調，要有利于施工的順利進行。

3 發(fā)展趨勢

3.1 自鉆式錨桿技術

自鉆式錨桿是一種新型的支護技術，已經在隧道襯砌支護、深基坑邊墻維護和高邊坡治理等工程中得到廣泛應用，其優(yōu)點是:能在破碎而極易塌孔的地層中應用，甚至在砂卵石或淤泥質地層中也能采用。其注漿工藝是在鉆孔后立即從錨桿的中孔向內注漿，漿液到達孔底后，即沿孔壁與錨桿壁間自底向孔口進行充填，因而不僅保證了及時支護地層，同時也保證了鉆孔中注漿的飽滿，并能充填鉆孔周壁的地層縫隙，增大了錨固力。另外，由于孔外錨端的螺母擰緊力作用，每根該類錨桿均可作為預應力錨桿設計。目前，有的工程設計中已用大直徑自鉆式錨桿代替了預應力錨索，有的設計則將其放在普通砂漿錨桿和預應力錨索之間進行選擇。

3.2 不同受力機理的預應力錨固技術

傳統(tǒng)的預應力錨索均采用拉力型錨索結構，該種結構盡管施工簡易、造價較低，但是由于其內錨固段受力不合理，上部漿體易開裂，特別是不能充分利用巖體的力學傳遞性能，因此錨固效果不理想。

壓力型錨索結構能初步改善巖土力學傳遞性能。該種錨索結構的特點是利用設在孔底端的承壓板將無粘結錨索的拉力轉化為對砂漿體的壓力，并通過相互勃結傳遞給土體。而砂漿體的受壓性能均遠大于其受拉性能，因此它的受力性能在一定程度上優(yōu)于拉力型錨索。

3.3 可回收高壓噴射擴大頭錨桿技術

可回收擴大頭錨桿是采用高壓噴射原理在錨孔底部一段長度范圍內對孔壁土體進行切割擴孔并置換充填水泥漿而形成一個圓柱狀的擴大頭，具有抗拔力高、位移小、可靠性高、防腐耐久性好等優(yōu)異性能。在深基坑支護工程中采用擴大頭錨桿，錨桿根數(shù)比采用普通錨桿可減少50%左右，錨桿工程的總造價可大幅降低，同時可以減小對周圍環(huán)境的影響，減少基坑外土體中的遺留物。可回收高壓噴射擴大頭錨桿是目前基坑圍護工程中最便利、對環(huán)境影響最小的支護形式，這項新技術可以為城市建設帶來更多的經濟效益和社會效益，比較理想地處理在建基坑和周邊地下空間環(huán)境的關系問題。

[1]劉爾烈，崔恩第，徐振鐸.有限單元法及程序設計[M].天津:天津大學出版社，2006

[2]李愛國.噴錨技術在邊坡支護中的應用[J].水文地質工程地質，1996，6∶52-55.

[3]徐禎祥.巖土錨固工程技術發(fā)展之回顧與展望[J].市政技術，2009，27(2):136-140.