試析軟巖地下工程預應力錨索支護設計及施工技術

趙子瞻+曹坤

摘要：本文主要論述了軟巖地下工程預應力錨索支護設計及施工相關的內容，通過施工實踐發現，該工程的基坑盡管受到當地特大暴雨的襲擊，但仍然沒有出現任何的施工技術故障，從而為我國其它地區同類型的軟巖地下工程預應力錨索支護設計以及施工技術的應用提供了一種既可行、又安全的實用性施工技術方案，與一般的地下連續墻施工技術相比，軟巖地下工程預應力錨索支護設計及施工技術更加安全、經濟。

關鍵詞：軟巖地下工程；預應力錨索；支護設計；施工

中圖分類號：TU71 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）013-000-02

隨著經濟社會的快速發展，我國的工程施工將面臨著巨大的挑戰，特別是地下工程軟弱圍巖支護施工已經成為我國土木工程領域面對的重大技術難題，本文在研究過程中通過對圍巖松動圈理論思想的應用，重點采用了預加固施工技術[1]，通過新型的預應力錨索為該地下工程軟弱圍巖的初期開挖施工進行有效支護處理，從而對相關的重點施工技術工藝進行論述分析。

一、軟巖地下工程預應力錨索支護設計及施工案例概況

本文所研究的施工工程為我國某地區一大型的施工工程項目，結合該工程的施工地質勘探報告分析，該巖土工程為軟弱施工地質，從上到下發育，一共有三層。其中第四系為人工填土，主要的土質為雜填土，土層結構中含有大量的煤屑以及磚塊和碎石、鐵皮等；另外，還包括大量的花崗巖條石、舊基礎、木樁等，主要厚度為1.30米-6.50米；該施工工程的第四系為全新的統沖積層，該地質層主要包含了淤泥質黏土以及淤泥層這兩大主要的砂土亞層結構，土質為灰黑色，富含大量的有機質，其中還有大量未經腐化的木條等，土質主要為粉細砂，淤泥的主要分布狀態為透鏡體，其中該層地質層厚為3.0米-5.0米，頂板的埋深為1.30-6.50米。除此之外，該工程地質中還分布有白堊系泥質的粉砂巖，結合該區域的風化作用可以將其劃分為微風化帶以及強風化帶和中分化帶三種不同的帶系單元結構。其中，中風化層巖的層厚為0米-9.30米，而巖層的頂面埋深為6.30米-15.80米，其中強風化巖的頂面埋深為5.40米-8.0米，實際的層厚為0.70米-8.30米。

二、軟巖地下工程預應力錨索支護方案的選擇

通過上述施工地質情況介紹分析，可以發現該工程地質施工條件十分復雜，因此在施工設計方的綜合論證、評估之下，得出其中主要的不利施工影響因素：

（一）在開挖過程中會遇到舊基礎以及雜填土和淤泥及粉砂、淤泥質黏土等不同的施工土質；

（二）該施工地質中有大量的木樁以及條石密集分布在地下5米左右的施工區域；

（三）該施工區域的地下水含水量十分豐富，而且施工過程中會受到地表水以及地下淺層水質的影響，其中地下水的穩定水質埋深為0.8米-2.10米；

（四）該施工區域穿過大量的居民區以及商業區，因此施工場地十分狹窄，在基坑施工支護過程中，基坑的結構外邊線距離施工場地周邊的居民區以及商業住宅區的最大距離不足1米，而距離商業區最寬不足兩米，因此施工過程中會受到諸多不利施工影響因素的干擾，特別是地下基坑的施工開挖難度較大。

所以，該施工工程受到諸多施工條件的限制，經過施工方對不同的施工技術方案進行設計、優化、評估與論證，最后認為采用地下連續墻的施工技術進行作業不僅施工成本較高，而且施工過程需要的施工場地較大；但采用鉆孔樁施工則受施工場地的限制相對較小，可以有效避開周邊施工區域的建筑物。同時，施工單位采用預應力錨索支護施工技術對軟弱施工地層進行施工經驗豐富，因此最后經過對比分析，決定采用密排式鉆孔灌注樁加預應力錨索進行施工操作，其中一道腰梁一道冠梁，另外增加旋噴注漿孔止水的施工支護方案[2]。

三、軟巖地下工程預應力錨索支護結構的設計

（一）軟巖地下工程預應力錨索支護結構的計算

該施工工程采用深基坑支檔結構計算軟件對支護結構的內力進行計算分析，并針對施工的實際情況進行現場施工模擬。第一步主要將土方開挖的深度控制到-3.0米；第二步將預應力錨索設計安裝在-2.50米部位處；第三步要繼續開挖土坑，使其深度達到基坑底，具體深度為-7.10米。因此，施工設計人員可以結合上述實際的施工工況對該工程的施工內力參數進行計算分析，分別得出該施工工程的最大軸力與最大彎矩。與此同時，對工程結構的抗管涌、抗傾覆以及抗隆起、還有施工結構的總體穩定性進行計算論證[3]，從而保證施工的設計參數科學、正確。

（二）軟巖地下工程鉆孔灌注樁的設計

在對軟巖地下工程的鉆孔灌注樁進行設計過程中，技術人員應該結合建筑結構的內力分析計算結果，通過綜合考慮施工的經濟因素與安全效益，將施工結構的樁直徑定為Ф800mm，樁底的標高分別控制在-11.30米以及-12.0米和12.60米左右，或者在設計過程中要確保工程鉆孔樁的長度能夠滿足基坑的實際開挖面要求，當基坑開挖達到強風化巖4.0米或者達到完整中分化巖2.50米的距離時，應該立即終孔施工，確保鉆孔樁的中心距為900毫米。在工程基坑的開挖部位布置型號為8Ф25的鋼筋，擋土墻的鋼筋型號為10Ф22。

（三）軟巖地下工程預應力錨索的設計

將預應力錨索設計在工程結構-2.5米處，其最大的傾角為20度，最大間距為@2700毫米。結合該施工設計的具體結果，將錨索部位水平反力參數設計為105KN/m，結合我國軟巖地下工程預應力錨索支護施工技術規定，對結構設計的錨桿軸力進行計算：錨桿水平間距2.0m，豎向間距2.0m，α=20°，每肋柱單元選配10個錨孔，錨筋承受的軸向拉力標準值Ngk：Ngk =Tgk/cosα=Tgk/cos20°=361.2/cos20°=384.38 （kN）。此外，為了保證該結構設計安全以及施工穩定，經過專家的研究論證，將該工程結構最終的錨索軸向拉力值設計為700KN，600KN為其鎖定值，在設計過程中采用1806級的4束7Ф5鋼絞線，將錨孔的具體直徑參數設計為Ф150毫米。在灌漿施工過程中注入水灰比為0.45的純水泥漿液，而工程結構的錨固具體長度設計要結合施工場地的實際施工情況進行科學計算分析[4]。

（四）軟巖地下工程止水方案的設計

本工程在實際的施工過程中由于場地中的舊基礎密集，因此在施工時采用樁外施工止水技術難度較大，再加上本施工工程的周邊施工場地較小，故無法采用大型的施工機械進行施工，考慮到該原因，本工程在實際施工時采用了樁縫注漿止水施工技術方案，此種技術方案主要通過在樁縫間采用液壓地質施工鉆機進行鉆孔施工[5]，注漿孔的具體參數為Ф170毫米，在此施工過程中采用旋噴注漿工藝進行施工，在鉆孔時避免超過透水層1.0米的深度。

四、軟巖地下工程預應力錨索支護施工技術分析

（一）軟巖地下工程預應力錨索支護施工技術難點分析

通過上述施工地質分析以及施工設計方案選擇、論證過程可知，該施工工程的施工場地狹窄，而且施工過程中會遇到含水地質層，因此在基坑支護施工過程中會出現舊基礎以及眾多施工影響因素，從而為該施工工程造成了巨大的影響。所以，經過施工論證評估，施工方認為該施工工程中的主要施工難點為：

首先，施工場地中有大量的大塊條石以及舊鋼筋砼基礎及木樁等，因此對該工程的鉆孔灌注樁施工中的鋼護筒埋設及鉆孔過程造成了很大的影響，如果施工技術人員在實際施工中不能有效避開這些不利因素，則會導致護筒埋設困難、鉆孔系數不斷擴大及鉆孔出現偏斜等施工故障；

其次，在施工過程中由于工程結構會受到木樁以及舊基礎的巨大影響，因此導致旋噴注漿孔施工過程中成孔的難度不斷增大，而且在某種情況下會對注漿施工效果造成一定影響。

除此之外，在施工過程中，在緊鄰商業建筑物一側進行錨索施工時，會出現不明施工影響物，從而大大增加了預應力錨索施工的技術難度。

（二）軟巖地下工程鉆孔灌注樁施工技術分析

除了結合常規的圍護樁技術進行施工之外，由于本施工工程為軟土地質施工工程，因此在施工過程中技術人員重點針對該施工工程的實際特點以及上述施工難點進行了專項施工技術處理[6]。

首先，在施工中，要采用機械方式以及人工方式進行鉆孔灌注樁的鋼護筒埋設施工，在此過程中需要有效鑿除鋼筋砼基礎，同時需要通過人工作業方式采用挖孔樁設備以及TXB-1000型鉆機、吊車等大型施工設備處理不良施工地質層分布的木樁以及條石和塊石，確保舊基礎的實際埋深深度為5米，如果深度在1米之外，預應力錨索鋼護筒應該在原有長度基礎上再對其進行焊接加長處理，在此過程中要將鋼護筒進行穩固，采用大量優質黏土進行鋼護筒的埋設回填作業。再者，由于少數樁在鉆進施工過程中會遇到木樁及塊石，因此應該采用鉆沖結合以及優化泥漿、反復掃孔等作業方式避免在鉆孔過程中出現斜孔的情況。

（三）軟巖地下工程旋噴注漿孔施工技術分析

在采用旋噴注漿施工技術方式進行施工時，應該嚴格按照一定的施工流程進行施工，首先應該在樁縫之間通過地質油壓鉆頭進行鉆進施工，當鉆機進入不透水地質層大約1米的距離后，置入漿液噴注嘴，然后通過鉆桿進行注漿施工，邊注漿邊采用螺旋式提升的作業方式旋噴至注漿孔的孔頂部位，其中要將孔徑參數控制在170毫米，注漿壓力控制在4-6MPa，水灰比為0.6，旋噴螺旋提升速度為20-25cm/min，孔深應該保持在距強風化巖1米距離處，為了保證施工質量，應該重點對鉆孔的垂直度進行控制、調整，將鉆孔的垂直誤差控制在1%范圍之內。

（四）軟巖地下工程預應力錨索施工技術分析

在預應力錨索施工過程中，要采用300型的液壓地質鉆進行鉆進成孔作業，注漿時要采用水灰比為0.45的純水泥漿進行注漿施工，確保漿液攪拌均勻，邊攪拌邊施工作業，保證在泥漿初凝時水泥漿用盡，確保預應力錨索的施工效果，本工程為軟土地質，因此通過二次注漿作業進行施工，在預應力錨索中心放置注漿管，與錨索一同被置入注漿孔，保證在一次注漿過程中錨索端部的距離距注漿管端部有效距離為50毫米-100毫米；在二次注漿施工時，應該在中風化巖層的頂端放置二次注漿管，并將二次注漿管的端頭以及出漿部位密封，保證在一次注漿施工時的注漿液不會進入二次施工注漿的注漿管道中。

五、結束語

綜上所述，本文主要論述了我國某地一交通道路工程的預應力錨索支護工程設計以及施工技術應用的相關內容，由于該道路施工工程的地質條件較為復雜，因此在施工過程中主要采用冠梁腰擋土墻支護施工以及密排鉆孔灌注樁加預應力錨索施工、外加旋噴止水注漿孔進行樁縫止水施工的組合施工技術進行施工，這種施工組合支護結構作為該道路工程的基坑擋土防滲支護體系結構，為道路工程施工的耐久性與安全性提供了良好的技術保障。

參考文獻：

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[5]宗義江，韓立軍，郜建明.極破碎軟巖巷道失穩機理與動態迭加耦合支護技術研究[J].采礦與安全工程學報，2013，v.30；No.10803：355-362.

[6]伍國軍，陳衛忠，楊建平，譚賢君.基于軟弱夾層損傷破壞模型的軟巖巷道支護優化研究[J].巖石力學與工程學報，2011，v.30；No.249S2：4129-4135.

作者簡介：趙子瞻（1987-），男，漢族，上海人，碩士學位，副科級職位，中級工程師職稱，研究方向：地鐵及地下工程。

曹 坤（1988-），男，漢族，江西景德鎮人，碩士學位，科員職位，技術員，研究方向：城市道路、公路工程。