龍門石窟展示中心邊坡加固技術(shù)運用與研究

趙燕

摘 要：龍門石窟展示中心項目規(guī)模較大，邊坡施工技術(shù)復(fù)雜，既要考慮基坑圍護(hù)，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(huán)境地質(zhì)因素，加之項目工期長達(dá)4年，預(yù)應(yīng)力錨索制安對邊坡土體滑塌綜治是一個嚴(yán)峻考驗。

關(guān)鍵詞：基坑;圍護(hù);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(fēng)景名勝和文物資源保護(hù)研究，充分展示佛教文化內(nèi)涵，進(jìn)行科普和愛國教育建設(shè)的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，建筑面積13000平方米。主體建筑為獨立基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)，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(dá)30米的直立陡崖邊坡。項目建設(shè)面臨基坑挖掘圍護(hù)和邊坡加固相關(guān)的地下水綜治、碎屑巖土預(yù)應(yīng)力錨索等諸多技術(shù)難題和挑戰(zhàn)。

1 巖土地質(zhì)

據(jù)《巖土工程勘察鉆探地質(zhì)報告》，施工地段一側(cè)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?guī)r鈣質(zhì)風(fēng)化結(jié)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(fēng)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?guī)r層間裂隙水側(cè)向補給。

2 設(shè)計依據(jù)

展示中心建設(shè)規(guī)模較大，主要設(shè)計依據(jù)為項目總平面圖及地下室結(jié)構(gòu)圖、《巖土工程勘察鉆探地質(zhì)報告》②、《文物鉆探報告》、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（J0036-2000）、《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB50086-2001）、《水泥灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GBT50448-2008）、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-94）、《中華人民共和國水污染防治法》《河南省建設(shè)施工現(xiàn)場環(huán)境保護(hù)規(guī)范》和文明施工管理相關(guān)規(guī)定。

3 基坑圍護(hù)技術(shù)

根據(jù)施工地質(zhì)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(wěn)定性充分預(yù)判，做出多套預(yù)案。既要設(shè)計基坑圍護(hù)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(hù)土釘墻支護(hù)，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(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)分層開挖，第三層以分段長度不超過4米標(biāo)準(zhǔn)分層開挖。每層作業(yè)面采用支護(hù)結(jié)構(gòu)，上層土釘注漿后，間隔1天方可進(jìn)行下層土體開挖。

3.1 基坑圍護(hù)噴錨

經(jīng)分析研究綜合考慮多方因素，基坑圍護(hù)技術(shù)采用土釘墻、金屬錨固和掛網(wǎng)噴漿措施。

3.1.1 土釘墻

土釘施工按《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（YB 9258-97）和《基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（CECS96-97）執(zhí)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(wǎng)

噴錨掛網(wǎng)鋼筋采用直徑5.5毫米、網(wǎng)距250毫米×250毫米圓鋼，呈梅花形布置，與掛網(wǎng)骨架鋼筋、網(wǎng)片牢固焊接。掛網(wǎng)砂漿材料應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(jìn)行排水綜治。對基坑上部壓頂做斜坡處理，結(jié)合明溝進(jìn)行排水?？拥滓来武佋O(shè)混凝土墊層和塊石，并在坡腳處設(shè)置明溝排水至地下室集水井。通過潛水泵對集水井進(jìn)行定期排水作業(yè)。針對石灰?guī)r風(fēng)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(xué)漿液的可注性好、凝結(jié)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(shù)詳見表1，主要施工工藝分述如下。

3.2.1 導(dǎo)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(yán)重的裂隙，沿其發(fā)育方向，采用1.5米孔深，以2.5米環(huán)向間距為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鉆孔處理，鉆孔盡量穿透節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面，隨后對裂隙和節(jié)理進(jìn)行表面封堵，安設(shè)引排管，最后進(jìn)行注漿。

3.2.2 鉆孔

采用風(fēng)動28型鉆機(jī)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(fēng)對孔進(jìn)行清洗。具體布置根據(jù)現(xiàn)場漿液的擴(kuò)散性能使注漿孔之間的裂隙滲水被堵為原則，現(xiàn)場靈活調(diào)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(jìn)行封孔，一般24小時以后，封口材料即可達(dá)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(jīng)0.5的篩網(wǎng)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(kuò)散半徑，使其達(dá)到良好的注漿封堵效果，漿液可根據(jù)現(xiàn)場注漿速度和凝固速度適當(dāng)調(diào)整。

3.2.5 壓力注漿

采用“分級升壓法”進(jìn)行注漿壓力控制，開始注漿時，不宜將壓力升至過高，而應(yīng)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(nèi)。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(jìn)行。一次注漿達(dá)到4小時以后可以進(jìn)行二次補漿，注漿壓力1.3兆帕。

3.2.6 調(diào)配先進(jìn)設(shè)備

科學(xué)調(diào)配機(jī)械設(shè)備能夠縮短工期，改善施工質(zhì)量和環(huán)境。本工程優(yōu)先調(diào)配先進(jìn)機(jī)械設(shè)備，根據(jù)施工安排合理規(guī)劃各設(shè)備進(jìn)場和作業(yè)，并安排具備相應(yīng)資格操作人員。工程主要有4.5和13立方空壓機(jī)各1臺、28型風(fēng)動鑿巖機(jī)2臺、水泥漿攪拌機(jī)1臺、擠壓注漿機(jī)1臺、切割機(jī)1臺和電焊機(jī)1臺等。

3.2.7 技術(shù)措施

注漿前向注漿孔內(nèi)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(jìn)行及時封堵。開始注漿時應(yīng)及時測定出水壓力，以便確定注漿壓力。注漿過程中應(yīng)隨時觀察出水點及周邊節(jié)理裂隙的滲漏水情況，如出現(xiàn)串漿、漏漿等現(xiàn)象，應(yīng)采取表面封堵、間歇注漿、加濃漿液等技術(shù)措施及時進(jìn)行處理。注漿時若采用間歇注漿方式，間歇時間應(yīng)視漿液的膠凝時間而定，稍短于漿液膠凝時間。

3.3 安全環(huán)保

3.3.1 三通一平

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

3.3.2 建立安全責(zé)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(zhǔn)酒后上班。進(jìn)場前和施工中實時進(jìn)行安全檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，嚴(yán)禁違章作業(yè)。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(shè)備，配電箱內(nèi)設(shè)三相五線漏電保護(hù)器，電路均有保護(hù)零線與工作零線保護(hù)裝置，保證電路安全，工地設(shè)有專職電工，負(fù)責(zé)工地用電設(shè)備操作安全。關(guān)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(nèi)不得堆土，距坑邊1.5米處設(shè)置顏色鮮明的防護(hù)欄，立柱間距不大于2米，高度不小于1.8米，夜間設(shè)紅色警戒燈，并有醒目的警告標(biāo)記，避免人員墜坑?；觽?cè)壁邊6米范圍內(nèi)允堆荷載15千牛/平方米，嚴(yán)禁超載，不得堆放水泥、鋼材、大型機(jī)具等重物?？颖趹?yīng)做有斜率的邊坡，或做臨時支撐措施，現(xiàn)場基坑放坡比為1∶0.33。

3.3.4 環(huán)境保護(hù)

為防止施工現(xiàn)場粉塵飛揚，需要提前一天澆水濕潤現(xiàn)場開挖部位表面土質(zhì)?，F(xiàn)場道路用草袋鋪設(shè)不少于20米，以防車輪將黏泥土帶出工地。車輛進(jìn)出工地環(huán)境衛(wèi)生隨時清理，設(shè)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(tǒng)，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(hù)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(cè)邊坡太陡，土體高度達(dá)11米，暴露時間較長，加之持續(xù)小雨入滲，邊坡土體變得比較松軟，在卸荷應(yīng)力作用下，土體抗剪強度降低，導(dǎo)致山體地表產(chǎn)生長度30～35米，寬度3～10厘米，深度5～8米的不規(guī)則裂縫，約12000立方米土體出現(xiàn)塌方前兆，險情嚴(yán)峻。

4.2 綜治措施

針對土體開裂狀況，現(xiàn)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(hù)板支擋墻。②適度削坡刷坡，減緩邊坡卸荷應(yīng)力。③對邊坡上部20米以內(nèi)的地表土體，采用錨桿掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土覆蓋加固，防止地表徑流水持續(xù)下滲。④緊急制安預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力錨索加固

預(yù)應(yīng)力錨索是靠錨頭通過巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的孔錨入巖體內(nèi)的，把滑體與穩(wěn)固巖層聯(lián)在一起，從而改變邊坡巖體的應(yīng)力狀態(tài)，加固邊坡不穩(wěn)定巖體的整體性和強度。預(yù)應(yīng)力錨索是一種較復(fù)雜的錨固工程，需要專業(yè)人員制安?；臼┕ち鞒虨樗骺锥ㄎ弧@孔→制安→注漿→靜置養(yǎng)護(hù)→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(wěn)定，針對主體建筑鄰近山體一面將來可能形成高達(dá)30米的直立風(fēng)化黏土陡崖的實際情況，設(shè)計預(yù)應(yīng)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(shè)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(yù)應(yīng)力的鋼排，并要達(dá)到無損傷、無死彎。③錨固段必須除銹、除油污，按設(shè)計要求綁扎分線環(huán)。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(jī)切割，避免電焊切割?？紤]到錨索張拉工藝實施規(guī)范要求，實際錨索長度要求比設(shè)計長度多留2米。⑤錨索孔定位力求準(zhǔn)確，偏差不得超過正負(fù)0.5米，鉆孔傾角允許偏差正負(fù)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(shè)計深度1米。⑥錨索孔直徑為150毫米，在進(jìn)行鉆孔操作時，對于一些特殊情況需要做出現(xiàn)場記錄，如地層地質(zhì)的變化、進(jìn)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(jìn)行固壁灌漿操作，在注漿36小時后再重新鉆進(jìn)。隨后，為避免水泥漿和孔壁巖體的黏結(jié)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(nèi)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(hù)3遍，使邊坡土體、錨索形成一個牢固整體，避免險情進(jìn)一步發(fā)展。

5 持續(xù)施工技術(shù)要求

在地面基坑正常挖掘深度達(dá)5米時，已經(jīng)進(jìn)入深基坑土方開挖階段，地質(zhì)條件和周圍巖體穩(wěn)定環(huán)境將變得比較復(fù)雜，嚴(yán)格按照預(yù)定的基坑圍護(hù)設(shè)計方案和地下水防治措施，做好定位放線、基坑圍護(hù)以及邊坡降水設(shè)備布設(shè)工作。按照基坑圍護(hù)圖紙要求，沿基坑開挖面放好開挖邊線，臨基坑圍護(hù)線放坡，放坡系數(shù)，針對滲水量狀況，預(yù)抽水1～2天，分南段和北段交叉輪番下挖作業(yè)。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(hù)施工完畢一天后，才可繼續(xù)開挖，并嚴(yán)格遵循“分層開挖、嚴(yán)禁超挖”及“大基坑小開挖”的原則。當(dāng)挖至標(biāo)高接近基礎(chǔ)底板標(biāo)高時，邊抄平邊配合人工清槽，防止超挖，并按圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)安全性，防止土方坍塌。

6 結(jié)語

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