鋼筋混凝土支護樁和錨噴支護在道路施工中的結合與應用

張大永

（北京正遠監理咨詢有限公司，北京 101500）

0 引言

隨著中國城市的快速發展，近幾年來，城市地下綜合管線、管廊工程迎來了大規模的建設時期。老舊管線的綜合改造，新城區地下綜合管廊的新建，在基坑開挖過程中，應用了許多新工藝、新技術，形成了完整的、安全穩定的支護結構體系。如素噴混凝土、掛網噴射混凝土、錨桿（錨索）掛網噴射混凝土、鋼板樁、鋼筋混凝土樁等施工技術都在基坑支護中得到了很好的應用。

1 工程概況

北京市密云區順潮街（京承高速順密路立交—新東路）道路工程位于密云新城南部密云生態商務區范圍內。順潮街起點為京承高速順密路立交，終點為新東路，全長約3.54km；為一級公路，按照城市主干路標準設計，設計速度50km/h，紅線寬50～55m，主路雙向四車道。為滿足現況路面排水及遠期的城市規劃，順潮街道路工程設計四套雨水系統，雨水管道總長約6517m，模塊式雨水方溝占雨水管道總量的60%；其中，雨水系統四為（圣水泉路—順密路—潮河）新建D500～2 口2800mm × 2100mm 雨水方溝和2 口3500mm × 2100mm～2 口3800mm × 2100mm。 2 口3500mm×2100mm～2 口3800mm×2100mm 雨水方溝位于順密路現況路北幅并下穿京承高速寧村橋，方溝埋深4.5～5.0m，施工方案為不斷路占路施工，溝槽開挖支護加固方案為鋼筋混凝土支護樁和錨噴支護結合應用，設計長度為60m。

地勘地質條件：勘察鉆探深度范圍內（10.0m）未見地下水，地層第一層為舊路路面結構層，第二層及以下均為密實的砂卵石層。

根據工程地質條件及施工安全驗算確定鋼筋混凝土支護樁為D500mm 樁，樁長6000mm，樁間距3000mm；錨噴支護為C20 混凝土，厚度100mm，混凝土內設Φ6@200mm×200mm 鋼筋網片，錨桿為HRB40016 鋼筋錨桿。

2 施工工藝組織及安排

測量放線—鋼筋混凝土支護樁施工—冠梁（鎖口梁）施工—擋水墻施工—管溝第一步開挖（掛網噴射混凝土）—第一步橫向支撐梁安裝—管溝第二步開挖（掛網噴射混凝土）—第二步支撐梁安裝—封底。

2.1 鋼筋混凝土支護樁施工

鋼筋混凝土支護樁，基坑支護是為保證地下結構施工及基坑周邊環境的安全，對基坑側壁及周邊環境采用的支擋、加固與保護措施。

2.1.1 測量放線，確定樁位

根據圖紙設計確定管溝的中心線，根據管溝的基礎寬度確定開挖線，沿開挖線確定支護樁樁位。

2.1.2 樁基成孔

樁基成孔的方式有多種，如干作業成孔、泥漿護壁成孔、套管成孔等。若工程條件允許，選擇干作業成孔的施工方式會大大降低工程成本，更加環保，樁的質量也會得到有效保障。根據工程的樁設計直徑和深度，以及地質條件可采用LQ150 旋挖機（最大成孔直徑可達1.0m，深度達10m）成孔。但由于該工程下穿京承高速橋，作業凈空不足8m，無法采用旋挖機成孔，經工藝試驗后采用小型反鏟挖掘機挖孔。由于挖掘機在挖孔過程中對孔周邊土擾動較大，所以在挖掘機挖掘成孔后，及時將預制好的樁模安裝完成（采用HDPE 雙壁波紋管）。在挖掘機挖孔過程中，嚴格控制孔的豎直度，將對周邊土的擾動控制在最小的范圍內，待樁模安裝后及時對樁周邊土進行回填并壓實。

2.1.3 鋼筋綁扎及安裝

根據工程的實際條件預先制作鋼筋籠。在制作好的鋼筋籠最外側綁扎混凝土墊塊，采用小型吊裝機具將鋼筋籠吊裝入模。

2.1.4 混凝土澆筑

支護樁采用C25 商品混凝土。混凝土入模分層澆筑并采用振搗棒分層振搗，分層厚度不超過50cm，澆筑混凝土高度與模板齊平，混凝土自然養護。

2.2 冠梁（鎖口圈梁）施工

冠梁是將支護結構中樁頭鎖口，使懸臂樁體在樁頭形成彈性約束，加大樁身水平剛度。根據工程的實際情況，冠梁采用600mm×900mm 的C30 鋼筋混凝土冠梁。在冠梁施工過程中，每隔5m 的位置預埋橫向支撐梁的鋼板，鋼板采用300mm×270mm×10mm。

2.3 擋水墻施工

為確保在管溝施工期間雨水及外部水不灌入溝槽，在混凝土鎖口圈梁處修建擋水墻。擋水墻可根據工程實際環境進行修建，該工程采用模塊混凝土（C15）擋水墻，墻寬200mm，高600mm。

2.4 管溝開挖及側壁錨噴混凝土支護

2.4.1 土方開挖

管溝槽的開挖應根據工程所處的環境選擇適宜的開挖方法和機械。該工程采用單斗反鏟挖掘機機械開挖、自卸車出土的方法，在第一步開挖時預留“馬道”。在管溝基坑開挖過程中，根據錨噴混凝土支護施工技術規范與質量要求，在平面分段及豎向分層的開挖方式下，及時進行錨噴支護。根據實際情況采用全段落分層開挖的方式，分層高度為第一層3m，第二層2.2m，分層原則為在確保安全的情況下，滿足小型機械開挖和運輸。在第一步開挖時，溝槽兩側需開挖至支護樁基本完全露出，為第二道縱向支撐梁施工做好基礎。管溝開挖土方及時運出溝槽，嚴禁在溝槽兩側堆土。

2.4.2 錨噴混凝土支護

噴射混凝土是利用高壓空氣，將摻有速凝劑的混凝土混合料通過混凝土噴射機與高壓水混合，噴射到巖面上，迅速凝結而成的。錨噴支護式噴射混凝土是錨桿、鋼筋網噴射混凝土等結構組合起來的支護形式。

錨噴混凝土支護結構能及時支護，有效地控制圍巖的變形，防止開挖面石塊墜落和坍塌，充分發揮土體的自承能力；錨噴混凝土能及時支護和加固土體并且較好地與土體密貼，封閉土體的張性裂隙和節理，加固土體結構面，有效地發揮和利用土體間的鑲嵌、咬合和自鎖作用，提高土體自身的強度、自承能力和整體性。由于錨噴支護結構柔性好，所以能同土體共同變形，構成一個共同工作的承載體系。在變形過程中，調整土體應力，抑制土體變形的發展，避免坍塌的產生，防止過大的松散壓力出現。在該工程的實施過程中，采用錨桿、鋼筋網噴射混凝土的輔助支護方式。錨噴混凝土的施工要嚴格控制混凝土的原材料，驗證施工工藝，工后質量驗收應符合厚度及強度的要求。

（1）噴射混凝土的原材料使用要求

（a）水泥：優先選用硅酸水泥或普通硅酸鹽水泥，也可選用礦渣硅酸鹽水泥或火山質硅酸鹽水泥，必要時采用特種水泥，水泥強度等級不低于32.5MPa。該工程采用普通硅酸鹽42.5 水泥。

（b）砂：采用堅硬耐久的中砂，并且細度模數宜為2.3～2.5。

（c）骨料：采用堅硬耐久的碎石，并且公稱粒徑宜為12～15mm。

（d）外加劑：速凝劑（初凝不大于5min，終凝不大于10min）。

（e）水：符合工程用水的有關標準，水中不含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質。

（2）施工方法：采用濕噴法（濕噴混凝土坍落度宜控制在80～120mm），混凝土噴射厚度為100mm，混凝土強度為C20。

（a）初噴：初噴緊跟開挖后進行，噴射作業分段分片依次進行，噴射順序自下而上進行，噴射厚度為50mm，噴射機的工作風壓滿足噴頭處的壓力在0.1MPa 左右，噴頭與受噴面垂直，宜保持0.6～1m 的距離，噴射混凝土的回彈率宜控制在15%以內。

（b）錨桿安裝：錨桿采用HRB40016 鋼筋錨桿，布置間距為1.5m×1.5m，錨桿的安裝角度為10，錨桿長度為1.8m。錨桿安裝在初噴混凝土施工完成后3h（初噴混凝土完全終凝）開始施工。

（c）掛鋼筋網：鋼筋網采用HPB300Φ6@200mm×200mm 鋼筋網，網片的搭接長度不小于300mm，鋼筋網與初噴混凝土的保護層厚度為30mm。鋼筋網與錨桿或其他錨定裝置連接牢固，在噴射混凝土過程中鋼筋不得晃動。

（d）復噴：錨桿與鋼筋網安裝施工完成后，對初噴混凝土的表面進行濕潤即可進行復噴混凝土的施工。復噴厚度為50mm，施工工藝與質量控制與初噴混凝土控制相同。

（e）養護：噴射混凝土復噴完成后，對混凝土進行養護，養護時間不少于3d，混凝土強度達到設計強度的75%后，方可進行溝槽的下一步開挖施工。

（f）質量控制：厚度可采用鑿孔法或鉆孔取芯法進行檢測，每100m不少于3 個點，合格率控制在90%以上，厚度的平均值不小于設計厚度值，最小值不小于設計厚度值的90%。

在實際施工中，一般不能保證噴射混凝土的養護時間。受多種因素的影響，往往在二次噴射混凝土完成后，后續的施工就已經隨之開展。為確保噴射混凝土的強度，在施工過程中必須控制施工配合比，嚴格按試噴的工藝執行。同時在噴射混凝土過程中，制作同條件試塊以驗證施工的黏結強度和抗壓強度（也可采用取芯法驗證）。

2.5 水平支撐梁施工

水平支撐梁能有效抵消被支撐構件在水平方向的內力，加強構件在水平方向的抗力和變形能力，提高支護結構的整體穩定性和強度。

在該工程中，水平支撐梁采用雙拼工18 進行支撐。根據工程的實際情況，水平支撐梁可在初噴完成后或復噴完成后進行安裝，雙拼工18 與鎖口圈梁預留鋼板滿焊連接。

2.6 第二道連系梁施工

根據工程的實際情況及開挖溝槽的深度、開挖側壁的穩定等各種因素，對開挖及支撐均采用分層、分步的施工方法。該工程開挖分兩步，支撐梁設置兩道。在第一步開挖、錨噴支護及第一道支撐梁安裝完成后，進行第二道連系梁的施工。連系梁混凝土施工完成后應及時進行養護，混凝土強度不小于設計強度的75%后，方可進行管溝的第二步開挖。

2.7 第二步開挖錨噴支護及橫向支撐梁施工

溝槽的第二步開挖應根據作業的空間，選擇較適宜的開挖機械和出渣車輛。在土方開挖過程中，嚴禁機械設備對已經完成的側壁支護及橫向支撐梁擾動，若出現破壞應及時停止施工，并做好破壞處的修復。第二步土方側壁開挖面的深度可小于第一步開挖的深度，保證噴射混凝土的厚度；開挖的速度不宜過快，應和后續初噴混凝土的進度相協調，避免開挖后側壁不穩定面長時間暴露。第二步開挖為一次開挖到方溝基礎的墊層底面，根據現場施工的情況及各工作的協調情況，在開挖及噴射混凝土的過程中，即可進行第二道橫向支撐梁的施工，支撐梁與第一道橫向支撐梁施工工法一致。

2.8 封底混凝土施工

封底混凝土工程是橋梁，特別是大江大河中的大跨徑橋梁施工中常用的一項工程，大多屬于施工封水、創造水中施工環境的一種手段，而非結構組成部分。目前，封底混凝土施工在沉井施工、大型基坑開挖支護中也得到了廣泛的應用，封底混凝土不但能有效地封閉地下水，還能有效地預防由于開挖后基底面的隆起而對側壁支護結構帶來的拉力破壞。封底混凝土施工的最大優點為更早使支護結構形成整體，提高支護結構的整體穩定性和支護強度。

該工程的管溝基礎開挖后，現狀土體較穩定，溝底無滲水現象，故在第二步管溝開挖時，即一次開挖至基礎底100mm 處。在管溝側壁噴射混凝土時，同時對基礎底進行混凝土噴射，混凝土噴射厚度為100mm，噴射的混凝土可作為工程的基礎墊層使用。對于基底的混凝土噴射可根據工程的實際需要，選擇在噴射混凝土時增加鋼筋網，鋼筋網可做一層或多層。采用噴射混凝土進行封底的施工，可隨管溝開挖和側壁噴錨支護同時進行，使側壁支護更快閉合成環，對工程的施工安全起到很大的保障作用。在該工程中，基礎噴射混凝土為厚度100mm 的素混凝土，只作為基礎墊層，在基礎墊層施工完成并混凝土達到終凝后，在上面鋪設基礎鋼筋并完成基礎混凝土的澆筑。基礎混凝土施工在基礎的縱向兩側不再支搭模板，基礎混凝土要一次澆筑到側壁支護結構面并形成良好的密貼。

3 結語

鋼筋混凝土支護樁的支護結構在目前的工程施工中得到了廣泛的應用，不但可用于基坑、基槽，同時還可用于地基承載力不足的地基加固。噴射混凝土、掛網噴射混凝土在處理風化、破碎的邊坡時都得到了很好的應用。根據工程的地質情況，增加錨桿有效地提高了邊坡體的整體穩定性。根據邊坡體的地質特性及施工的工期及各種因素，考慮增加注漿錨桿，對周邊土體進行注漿加固，更加有效地增強邊坡體的整體強度，從而提高施工過程的安全性。鋼筋混凝土支護樁和錨噴結合的支護同時解決了支護結構的強度和邊坡穩定性的安全問題，鋼筋混凝土支護樁抵御基坑、基槽周邊土體的靜荷載及其所傳達的動荷載，錨噴支護保證了鋼筋混凝土支護樁周邊土體的整體穩定，同時還起到一定的防水作用，二者的結合應用使工程在安全的前提下順利開展，但增加了工程的施工成本。所以，在考慮鋼筋混凝土支護樁支護和錨噴支護的結合應用時，應做好充分的設計，樁徑、樁距及錨噴的結構形式都對成本有很大的影響，在確保安全施工的前提下還應有效地降低施工成本。