深基坑錨噴支護技術研究

［關鍵詞］深基坑；錨噴支護；施工技術

如今隨著城市建設速度越來越快，人們對建筑物的功能性要求與質量要求也越來越苛刻。大型超高層建筑在施工過程中，施工場地周圍往往遍布地下管線、市政道路或者臨近建筑物等對沉降位移較為敏感的物體，一旦深基坑施工過程中對地下巖體產生了擾動，將直接影響周邊設施性能，所以無法采用成本低廉的傳統大放坡挖方模式。另一方面，部分大型建筑所處位置的土質軟土層較厚，在深基坑施工過程中容易出現巖土體滑坡塌陷，會給深基坑施工造成極大的不良影響。采取一定的工程措施對深基坑周圍的巖體進行錨噴支護加固，是必要可行的。

現有研究中，鄭冬杰[1]、孔令熙[2]、陳章霖[3]、陳銘[4]等人，是從錨噴支護工藝視角，給出參數確定方法，增強工藝實踐性。潘新波[5]研究時，側重于高寒區域錨噴支護工藝的用法。高海鵬[6]是從高速公路視角，闡述錨噴支護工藝的操作要點。向志剛[7]是從電力廠房工程實例層面，梳理錨噴支護的各項工藝內容。黃犀[8]是從土釘掛網、復雜施工條件的視角，實踐分析錨噴支護的工藝技巧。

1. 錨噴支護技術在深基坑施工中的重要作用

錨噴支護技術就是為了在地表以下的深基坑巖土層周圍，以錨桿和混凝土噴射作為主要支護手段，將承載結構較為脆弱的自然巖體緊密結合為一個整體的施工技術。在巖體之間安裝若干組錨桿，可以在基坑邊壁發生整體側滑失穩前，使巖土節理面與巖層摩擦力達到最大化，這樣基坑邊壁巖土層結構的穩定性就會得到極大改善，不使基坑四周的巖塊在擠土作用下向中間抬動、聚攏或被剝離墜落。這樣的技術與傳統基坑圍護方案相比，具有如下幾個顯著優勢。其一，錨噴支護結構完全不需要模板施工，襯砌斷面較小，工程量較小，與傳統重力擋土墻圍護相比，不僅成本優勢明顯，而且不會占用過多的基坑場地，不會因基坑支護作業而使整個基坑工程的周期延長。其二，傳統的基坑圍擋結構是被動支護，在圍擋結構外并沒有起到保護自然巖層的作用，而深基坑作業時很難完全避免擋土墻外作業，所以相比直線錨噴支護技術的安全性更高。其三，傳統重力擋土墻圍護結構對工程地質有著極高的要求，由于自重，軟土地基這種較為軟弱的地質很難承受圍擋結構的重量，容易出現圍護結構傾倒的施工風險，而錨噴支護技術的施工方案比較靈活，不會受到基坑地質的影響，理論上它的適用性要遠優于傳統基坑圍護結構。

2. 錨噴支護技術的施工控制要點——以某地商業建筑工程為例

2.1工程背景介紹

某地于2019年初規劃在市區建設一座商業建筑，項目占地面積為10030.1 m2，建筑面積為84396.18 m2，地下建筑面積為14186.88 m2，主要建設內容為商業及附屬配套設施。地下建設部分為3層結構，設計方案中基坑開挖深度為13.79 m。經過工程初期勘察計算，預計土方開挖量不小于27400 m2。由于工程建設場地位于市中心，施工臨時征地便道與周邊市政道路的最短距離為27 m，與已有的地下管線工程最短距離為24 m。周邊臨近建筑為110 m高住宅樓，與建筑臨時征地便道最短距離為52 m?？傮w來看，該項目基坑工程施工場地較為狹小，為了確?；邮┕さ陌踩?，同時也是為了最小化土方開挖施工對周邊建筑設施的擾動影響，深基坑施工方案中采用了錨噴支護技術。在基坑壁周邊設計為6排錨桿間距為1.5m的排列方案，錨筋采用φ25的鋼筋綁扎制作，錨桿最大長度為12m，最小長度為7m，錨噴支護施工的部分工程量情況如表1所示。

如圖1所示，是項目沉降監測結果。

結合項目沉降情況，綜合確定錨噴支護的各類參數。

2.2錨噴支護參數的確定

從該地區的地質勘查結果來看，深基坑工程的圍巖部位屬于軟巖地質范疇，必須采用全錨固支護方案起到固巖擋土效果。鑒于工程實際情況，本次錨噴支護作業項目選用“樹脂材料錨型+金屬桿體”的砂漿錨桿材料。在錨噴支護施工中，秉持著錨固作用力大于錨桿承載力的原則，選擇K3530型號的錨固劑藥卷，施工時每一根錨桿使用一卷樹脂錨固劑。在該施工項目中，錨桿的主要作用是通過擠壓軟巖圍巖帶，承受來自深基坑圍巖部的變形地壓作用，因此采用（1）～（3）公式確定錨桿參數：

L為錨桿總長，單位為m；M為錨桿間距，單位為m；B為錨桿巷道的跨度，經過外業測量結果得出為3.6 m；N為錨桿支護部位的圍巖穩定系數，該工程所屬的軟巖圍巖結構參考值選擇N=1.2；d表示為錨桿直徑，單位為mm。將已知量全部代入上述公式可以得到如下結果：

得出結論：在該工程中錨固施工的混凝土噴射厚度至少要達到50mm，才能完全消除軟巖圍巖結構不平整帶來的應力集中表現。但施工過程中由于考慮到錨噴支護的圍巖結構受到地下水位與風化侵蝕的影響，所以為了加大錨噴支護施工的安全系數，在原有50 mm的計算值上再加上20 mm作為補強厚度，確認該工程中錨噴支護的混凝土噴射厚度為70 mm。如圖2所示，是錨桿自由段長度的測算分析圖。

2.3修坡作業

修坡作業是為了給錨噴支護作業提供理想的空間，避免錨噴支護結構受到巖土節理層剝離影響脫落失效。深基坑工程采用挖掘機進行修坡時，首先需要放石灰線或者用行進的履帶壓出一條直線。將鏟斗平整處理全部坡面，使坡面在斜面上位于同一個平面。最后由人工作業將基坑邊坡上欠挖或松動的土體全部鏟除后，將超挖的洞穴結構全部填埋壓實。在該商業建筑項目的深基坑施工中，發現深基坑邊坡土體的滲水量較大，所以為了不使錨噴支護作業面受到地下水位影響，后續施工中在邊坡低于地下水位的合適點位設置了臨時排水孔。除此以外深基坑工程開挖后發現土體為含水量較大的高黏土，所以在安放錨桿前還要預噴一層混凝土，對邊坡結構進行加固處理，預噴混凝土的噴射厚度為20 mm。

2.4鋼筋網的制配

鋼筋網在錨噴支護施工中的主要作用是提高混凝土噴射層的抗裂性能，使噴射混凝土層的柔性得到一定改善，不易受到拉應力的影響屈服斷裂或脫落。在該錨固施工作業項目中，主要是使用直徑φ22 mm的錳硅鋼筋作為錨筋材料，在制配鋼筋網時，需要用調直機或者慢速卷揚機對鋼筋材料進行調直，粗鋼筋直接采用壓彎機、平直錘或者人工使用扳手錘擊調直，細鋼筋則預先用絞盤機或導車輪拉直后運輸進場。在鋼筋網的制配途中，所有鋼筋的傷痕累積超過截面積5%，視為不合格筋材，由于鋼筋材料在調直后其抗拉強度會損失10%～15%，所以在鋼筋材料性能的選擇上，以拉直后的鋼筋強度為準。而后用砂輪機對其表面進行除銹處理，在該深基坑工程中錨噴支護結構除了發揮擋土作用，還作為永久性圍護與建筑基礎構件一同埋入地下，所以為了使鋼筋在綁扎時獲得更好的表面質量，延長錨噴支護結構使用壽命，對鋼筋材料除銹處理后涂裝一層防銹蝕保護層，使鋼筋材料在噴射混凝土結構內獲得較好的保護效果。綁扎鋼筋網需要將φ22 mm圓鋼互相焊接成為200 mm×200 mm的鋼筋經緯網，再將不同的鋼筋網互相搭接，用焊接或者14號細鐵絲綁扎的方法將若干個鋼筋網連接成為一個整體。在制作鋼筋網的過程中，控制網與網最小搭接長度不低于200 mm、聯網距離不小于300 mm。將這樣的鋼筋網用錨桿托板進行固定，使其力矩水平達到20kN，而后就可以準備混凝土的制配。

在本次錨噴支護施工中，為了使砂漿獲得更高強度，適當調高了水泥用量，使水灰比控制在0.45～0.55 之間。該深基坑工程所處位置的巖層土體不具有長期自穩定性，所以在施工方案中改用早干早強型的水泥替代普通硅酸鹽水泥，力求在發生土體側滑之前完成支護。

2.5錨桿安裝成孔作業

首先是錨桿的孔位布置，成孔作業主要是為了給錨桿安裝提供空間，而錨桿與巖體土層的側滑體能否起到嵌合固定效果，完全取決于錨桿安裝位置是否精準，所以成孔作業必須按照圖紙設計找準錨孔間距與排距。該商業建筑工程中局部布孔時，在成孔之前按照設計圖標注要求與圍巖情況，對錨孔布孔點位進行標記，主要是控制錨孔定位的最大偏差值不超過20 mm。而后是以布孔標記點為準，進行沖進成孔作業，鉆頭伸進成孔時，應保持孔徑略大于錨桿體直徑約15mm。在成孔方向上應當沿著圍巖周邊徑向成孔，但不能與巖面節理層呈平行方向分布，否則容易因成孔作業導致巖體崩裂，使四周土體提前發生側滑，在成孔作業時每深進1～1.5m應當檢查一次錨孔軸線，使錨孔中心與軸線中心偏差每10m累積不超過5 mm，避免錨桿安裝時受到折彎作用影響支護結構的抗拉強度。成孔作業時還應注意，錨噴支護作業對錨孔深度也有一定要求，通常以桿長±15 mm為孔深標準，若錨孔過深或過淺，容易導致噴注錨桿時出現移位，使錨桿嵌固效果受到影響。此外，錨桿安裝點位成孔完成后，孔內堆積的碎石、巖粉、雜物等會影響噴射混凝土的凝固強度，所以必須由人工采用高壓風或水清孔的方式進行清孔作業。

2.6錨桿安裝作業

錨桿安裝作業前，首先檢查一遍錨桿鋼筋網的墊離高度是否暢通，確認安裝位置未發生偏差后方可進行注漿作業。首先用水充分潤滑注漿管，并檢查確認管線的氣密性良好后連接灌漿罐。而后打開空壓機，使注漿管的工作壓力在4～0.8 MPa之間，同時將注漿管送入距孔口10～15 cm處并封堵錨孔口。等到孔內砂漿噴射液面到達管口時，隨著水泥砂漿的噴射注入勻速且緩慢地提出注漿管，等到注漿液面到達孔口且注漿管完全拔出錨孔后，用手將水泥紙封堵在孔口位置避免砂漿流出。接著將現場預制好的錨桿吊裝在合適的位置，使錨桿頭在孔口就位，此時清除錨孔口的封堵物，迅速將錨桿插入并安裝到位。錨桿下放時，為了確保支護結構的錨固效果，必須使錨桿桿體被砂漿充分包裹，緊密貼合自然圍巖結構。錨桿下放時，現場還需專門配備一名技術人員負責觀察錨孔的砂漿溢出情況。當現場發現錨孔砂漿無溢出或溢出量較少時，則說明該錨孔在錨桿深入部位存在空腔，噴射注入砂漿量不足，需要將錨桿桿體從錨孔拔出后進行清孔處理，重新進行噴射注漿作業。在此次錨桿安裝作業項目中，除了需要保證混凝土砂漿的噴注液面滿足孔深要求，還要同時檢查錨桿鋼筋網與噴射混凝土保護層的厚度，避免因錨固底座抗拉性能不足導致錨固支護結構失效。

3. 結語

（1）錨噴支護技術在深基坑工程中的應用，主要是借助錨桿與混凝土的嵌固作用，使基坑壁巖圍土體的側滑體不發生變形、破壞或塌陷，這使得該技術能夠在穩定基坑結構上，具有顯著的應用優勢，為基礎工程施工提供良好環境，以及安全保障。在深基坑基礎工程施工中，應積極推行該技術，同時從錨噴材料制配質量、施工人員業務素質、技術管理以及工藝參數管理等方面嚴格控制。

（2）錨噴施工期間，應合理確定各項參數。參照地勘結果，明確施工區域的地質特點。案例項目采取“樹脂材料錨型+金屬桿體”的工藝方案，錨桿長度L確定為1.8 m，錨桿間距M 計算結果為0.9 m，錨桿直徑D 參數設計為16 mm，材料噴射厚度H值為50 mm，補強厚度取20 mm。

（3）修坡施工中，需關注邊坡加固效果，預處理環節，材料噴射厚度取20 mm。

（4）制備鋼筋網時，選擇普通硅酸鹽材料，水灰比取值范圍在0.45～0.55。

（5）錨桿安裝階段，嚴格按照工藝要求進行，保證錨固質量。