龍門石窟展示中心邊坡加固技術運用與研究

趙燕

摘 要：龍門石窟展示中心項目規模較大，邊坡施工技術復雜，既要考慮基坑圍護，又要兼顧地下裂隙水和山體滑坡險情治理，綜合考慮諸多自然環境地質因素，加之項目工期長達4年，預應力錨索制安對邊坡土體滑塌綜治是一個嚴峻考驗。

關鍵詞：基坑;圍護;滑塌;錨索

展示中心項目位于龍門石窟西北部500米，是龍門石窟管理局為加強風景名勝和文物資源保護研究，充分展示佛教文化內涵，進行科普和愛國教育建設的基礎服務設施，建筑面積13000平方米。主體建筑為獨立基礎，框架結構，地上地下各兩層，地面高度12米，建筑物一面緊鄰山體，三面開闊，需要挖掘地下基坑深度13米，長度100米，寬度80米，鄰近山體一面將形成高達30米的直立陡崖邊坡。項目建設面臨基坑挖掘圍護和邊坡加固相關的地下水綜治、碎屑巖土預應力錨索等諸多技術難題和挑戰。

1 巖土地質

據《巖土工程勘察鉆探地質報告》，施工地段一側鄰近山體，位于古伊河沖積灘地，開挖地段地勢比較平坦，勘探深度巖土地層自上而下主要為松散的人工填土層、河流沖積層、坡積黏土層、砂卵石層和石灰巖鈣質風化結核碎礫層。其中填土層2米，河流沖積層4米，坡積黏土層5米，風化碎礫層11米。地下水位4米，水系屬孔隙裂隙承壓潛水①，主要分布于地勢較低處，含水率較高，主要接受上部覆蓋層孔隙水的滲濾和石灰巖層間裂隙水側向補給。

2 設計依據

展示中心建設規模較大，主要設計依據為項目總平面圖及地下室結構圖、《巖土工程勘察鉆探地質報告》②、《文物鉆探報告》、《建筑基坑支護技術規程》（J0036-2000）、《錨桿噴射混凝土支護技術規范》（GB50086-2001）、《水泥灌漿材料應用技術規范》（GBT50448-2008）、《建筑樁基技術規范》（JGJ94-94）、《中華人民共和國水污染防治法》《河南省建設施工現場環境保護規范》和文明施工管理相關規定。

3 基坑圍護技術

根據施工地質條件特征，展示中心基坑開挖地段鄰近山體和伊河，松散黏土層10米左右，地下水位較淺，需要對基坑土體穩定性充分預判，做出多套預案。既要設計基坑圍護施工方案，又必須考慮地下裂隙水綜合治理和山體滑坡。施工方案要求分段開挖基坑土方，做好基坑圍護土釘墻支護，確保防水注漿和坡面混凝土處置48小時后方可開挖下部土層。

對土釘圍護結構進行間隔開挖，挖深為錨管下30～50厘米，其中第一層通挖，第二層以分段長度不超過2米標準分層開挖，第三層以分段長度不超過4米標準分層開挖。每層作業面采用支護結構，上層土釘注漿后，間隔1天方可進行下層土體開挖。

3.1 基坑圍護噴錨

經分析研究綜合考慮多方因素，基坑圍護技術采用土釘墻、金屬錨固和掛網噴漿措施。

3.1.1 土釘墻

土釘施工按《建筑基坑工程技術規范》（YB 9258-97）和《基坑土釘支護技術規程》（CECS96-97）執行。土釘采用直徑25毫米螺紋鋼或直徑48毫米鋼管，土釘墻骨架鋼筋采用直徑14毫米螺紋鋼。

3.1.2 噴錨掛網

噴錨掛網鋼筋采用直徑5.5毫米、網距250毫米×250毫米圓鋼，呈梅花形布置，與掛網骨架鋼筋、網片牢固焊接。掛網砂漿材料應采用素水泥漿，水泥漿中所用的水泥為325#普通硅酸鹽水泥。水泥、石子、砂混合重量比為1∶2∶2，石子粒徑為5～10毫米，水泥漿應攪拌均勻，隨攪隨用，一次拌和的水泥漿在初凝前用完。釘墻面層砂漿混凝土厚度100毫米，強度相當于20兆帕。

3.2 地下滲水防治

施工地段地下水主要為大氣降水和地層上部空隙滯水，水位埋藏較淺，必須采取有效排水綜治措施。工程采用井點降水、明溝和集水井等措施進行排水綜治。對基坑上部壓頂做斜坡處理，結合明溝進行排水。坑底依次鋪設混凝土墊層和塊石，并在坡腳處設置明溝排水至地下室集水井。通過潛水泵對集水井進行定期排水作業。針對石灰巖風化碎礫層的裂隙水，采用水泥水玻璃注漿防治措施。主要利用水泥砂漿和水玻璃化學漿液的可注性好、凝結時間短、強度高和無污染等特點，封堵含水層出水點，漿液材料選用和配比參數詳見表1，主要施工工藝分述如下。

3.2.1 導水

在基坑周邊垂直打排水孔，孔深1.5～2.0米，插六分水管排水，鋼管周圍用水不漏和水泥封。針對滲水嚴重的裂隙，沿其發育方向，采用1.5米孔深，以2.5米環向間距為標準進行鉆孔處理，鉆孔盡量穿透節理裂隙結構面，隨后對裂隙和節理進行表面封堵，安設引排管，最后進行注漿。

3.2.2 鉆孔

采用風動28型鉆機鉆孔，孔徑5.5厘米，孔深0.6～1.5米，注漿孔交錯排布，并用高壓風對孔進行清洗。具體布置根據現場漿液的擴散性能使注漿孔之間的裂隙滲水被堵為原則，現場靈活調整。

3.2.3 封口

插入6厘米無縫鋼管，用水泥加速凝劑和補漏劑進行封孔，一般24小時以后，封口材料即可達到強度要求。

3.2.4 制備漿液

漿液按比例配制（表1），配制好的漿液經0.5的篩網過濾后方可實施注漿，過濾的目的主要是控制水泥、水玻璃漿液膠凝時間及漿液擴散半徑，使其達到良好的注漿封堵效果，漿液可根據現場注漿速度和凝固速度適當調整。

3.2.5 壓力注漿

采用“分級升壓法”進行注漿壓力控制，開始注漿時，不宜將壓力升至過高，而應由低到高逐漸提高，注漿壓力一般控制在出水點壓力的2～3倍范圍內。由低速向高速勻速提升，注漿方式采用全孔一次性壓入或間歇式壓入進行。一次注漿達到4小時以后可以進行二次補漿，注漿壓力1.3兆帕。

3.2.6 調配先進設備

科學調配機械設備能夠縮短工期，改善施工質量和環境。本工程優先調配先進機械設備，根據施工安排合理規劃各設備進場和作業，并安排具備相應資格操作人員。工程主要有4.5和13立方空壓機各1臺、28型風動鑿巖機2臺、水泥漿攪拌機1臺、擠壓注漿機1臺、切割機1臺和電焊機1臺等。

3.2.7 技術措施

注漿前向注漿孔內壓入高錳酸鉀顏色水做壓水試驗，觀察并記錄注漿孔附近的串（冒）漿點，并用棉絮進行及時封堵。開始注漿時應及時測定出水壓力，以便確定注漿壓力。注漿過程中應隨時觀察出水點及周邊節理裂隙的滲漏水情況，如出現串漿、漏漿等現象，應采取表面封堵、間歇注漿、加濃漿液等技術措施及時進行處理。注漿時若采用間歇注漿方式，間歇時間應視漿液的膠凝時間而定，稍短于漿液膠凝時間。

3.3 安全環保

3.3.1 三通一平

詳細了解地質勘測報告和文物鉆探報告，掌握地下各種埋設物，做好通水、通電、通路“三通一平”和施工現場防洪排水工作，臨時設置截水排水溝，確保施工現場排水暢通不積水。

3.3.2 建立安全責任制

開展安全教育，施工人員上崗時必須正確戴好安全帽，穿絕緣膠鞋。不準酒后上班。進場前和施工中實時進行安全檢查，發現問題及時處理，嚴禁違章作業。做好日常安全交班，每天開展一次檢查活動。施工場地禁止煙火，施工用電要求全部通過合格的配電箱再接至用電設備，配電箱內設三相五線漏電保護器，電路均有保護零線與工作零線保護裝置，保證電路安全，工地設有專職電工，負責工地用電設備操作安全。關鍵工種必須持證上崗，如電工、電焊工等。

3.3.3 防止坑壁滑坍

在坑頂兩邊1.5米內不得堆土，距坑邊1.5米處設置顏色鮮明的防護欄，立柱間距不大于2米，高度不小于1.8米，夜間設紅色警戒燈，并有醒目的警告標記，避免人員墜坑。基坑側壁邊6米范圍內允堆荷載15千牛/平方米，嚴禁超載，不得堆放水泥、鋼材、大型機具等重物。坑壁應做有斜率的邊坡，或做臨時支撐措施，現場基坑放坡比為1∶0.33。

3.3.4 環境保護

為防止施工現場粉塵飛揚，需要提前一天澆水濕潤現場開挖部位表面土質。現場道路用草袋鋪設不少于20米，以防車輪將黏泥土帶出工地。車輛進出工地環境衛生隨時清理，設專人沖刷車輪泥土，工地圍擋四周安裝24小時水霧噴淋系統，降塵防霾。

4 邊坡錨索工藝

4.1 土體開裂險情

在地面基坑正常挖掘圍護深度約5米，挖土方約15000立方米時，由于施工地段鄰近山體一側邊坡太陡，土體高度達11米，暴露時間較長，加之持續小雨入滲，邊坡土體變得比較松軟，在卸荷應力作用下，土體抗剪強度降低，導致山體地表產生長度30～35米，寬度3～10厘米，深度5～8米的不規則裂縫，約12000立方米土體出現塌方前兆，險情嚴峻。

4.2 綜治措施

針對土體開裂狀況，現場緊急采取四項措施：

①在塌方土體中心部位下方，使用鋼軌、板材緊急筑建三排斜撐支柱，形成50米長度護板支擋墻。②適度削坡刷坡，減緩邊坡卸荷應力。③對邊坡上部20米以內的地表土體，采用錨桿掛鋼筋網噴混凝土覆蓋加固，防止地表徑流水持續下滲。④緊急制安預應力錨索，徹底加固11米高的邊坡土體，確保后期施工不受影響。

4.3 預應力錨索加固

預應力錨索是靠錨頭通過巖體軟弱結構面的孔錨入巖體內的，把滑體與穩固巖層聯在一起，從而改變邊坡巖體的應力狀態，加固邊坡不穩定巖體的整體性和強度。預應力錨索是一種較復雜的錨固工程，需要專業人員制安。基本施工流程為索孔定位→鉆孔→制安→注漿→靜置養護→錨索張拉鎖定①，工藝分述如下：

①為了長期安全施工和基坑邊坡穩定，針對主體建筑鄰近山體一面將來可能形成高達30米的直立風化黏土陡崖的實際情況，設計預應力錨索間距3米和排距2.5米，錨索33束，錨孔傾角15～20度，錨索長度10米，錨索孔呈梅花型布置。②錨索設計荷載580千牛，材料采用直徑15.24毫米、強度1860兆帕絞線，要求是高強度低松弛預應力的鋼排，并要達到無損傷、無死彎。③錨固段必須除銹、除油污，按設計要求綁扎分線環。自由段除銹后，抹黃油并立即外套波紋管，兩頭鐵絲扎緊，并用電工膠布纏封。④錨索下料要求采用砂輪機切割，避免電焊切割。考慮到錨索張拉工藝實施規范要求，實際錨索長度要求比設計長度多留2米。⑤錨索孔定位力求準確，偏差不得超過正負0.5米，鉆孔傾角允許偏差正負2度;考慮沉降影響，為確保錨索深度，實際鉆孔深度要大于設計深度1米。⑥錨索孔直徑為150毫米，在進行鉆孔操作時，對于一些特殊情況需要做出現場記錄，如地層地質的變化、進尺的深度以及地下水情況等。如果遇到塌孔，要第一時間停鉆，并進行固壁灌漿操作，在注漿36小時后再重新鉆進。隨后，為避免水泥漿和孔壁巖體的黏結強度降低，需使用高壓空氣將孔中巖石粉末或者地下水全部排出到孔外。⑦錨索孔內灌注水泥漿，水灰比0.4～0.5，漿體強度不低于30兆帕，采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力不小于0.25兆帕。⑧最后使用水泥砂漿噴護3遍，使邊坡土體、錨索形成一個牢固整體，避免險情進一步發展。

5 持續施工技術要求

在地面基坑正常挖掘深度達5米時，已經進入深基坑土方開挖階段，地質條件和周圍巖體穩定環境將變得比較復雜，嚴格按照預定的基坑圍護設計方案和地下水防治措施，做好定位放線、基坑圍護以及邊坡降水設備布設工作。按照基坑圍護圖紙要求，沿基坑開挖面放好開挖邊線，臨基坑圍護線放坡，放坡系數，針對滲水量狀況，預抽水1～2天，分南段和北段交叉輪番下挖作業。土方開挖由專人指揮，采取分層分段對稱開挖，每層開挖長度不超過20米。下層土在上層土支護施工完畢一天后，才可繼續開挖，并嚴格遵循“分層開挖、嚴禁超挖”及“大基坑小開挖”的原則。當挖至標高接近基礎底板標高時，邊抄平邊配合人工清槽，防止超挖，并按圍護結構要求及時修整邊坡及放坡，確保工程樁不歪斜、不斷裂和支護結構安全性，防止土方坍塌。

6 結語

2014年展示中心項目竣工，經實踐檢驗基坑挖掘和圍護以及滑坡險情處置措施非常科學，堅固持久。施工前對基坑土體穩定性深入了解，做出多套預案非常重要。防治邊坡險情始終要求查明邊坡失穩的因素和滑坡形成的內外部條件，力求綜治，不留后患。