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深基坑锚喷支护技术研究

2023-08-30 54 上传者：管理员

摘要：针对深基坑锚喷支护问题，采用实例分析方法，以某地商业建筑工程为例，研究了参数设计、修坡施工、制备钢筋网、安装锚杆的锚喷支护技术，得出了高负荷建筑项目在锚喷工艺的支持下，能够增强深基坑施工效果的结论。

关键词：
基础科学
建筑科学
施工技术
深基坑
锚喷支护
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如今随着城市建设速度越来越快，人们对建筑物的功能性要求与质量要求也越来越苛刻。大型超高层建筑在施工过程中，施工场地周围往往遍布地下管线、市政道路或者临近建筑物等对沉降位移较为敏感的物体，一旦深基坑施工过程中对地下岩体产生了扰动，将直接影响周边设施性能，所以无法采用成本低廉的传统大放坡挖方模式。另一方面，部分大型建筑所处位置的土质软土层较厚，在深基坑施工过程中容易出现岩土体滑坡塌陷，会给深基坑施工造成极大的不良影响。采取一定的工程措施对深基坑周围的岩体进行锚喷支护加固，是必要可行的。

现有研究中，郑冬杰[1]、孔令熙[2]、陈章霖[3]、陈铭[4]等人，是从锚喷支护工艺视角，给出参数确定方法，增强工艺实践性。潘新波[5]研究时，侧重于高寒区域锚喷支护工艺的用法。高海鹏[6]是从高速公路视角，阐述锚喷支护工艺的操作要点。向志刚[7]是从电力厂房工程实例层面，梳理锚喷支护的各项工艺内容。黄犀[8]是从土钉挂网、复杂施工条件的视角，实践分析锚喷支护的工艺技巧。

1. 锚喷支护技术在深基坑施工中的重要作用

锚喷支护技术就是为了在地表以下的深基坑岩土层周围，以锚杆和混凝土喷射作为主要支护手段，将承载结构较为脆弱的自然岩体紧密结合为一个整体的施工技术。在岩体之间安装若干组锚杆，可以在基坑边壁发生整体侧滑失稳前，使岩土节理面与岩层摩擦力达到最大化，这样基坑边壁岩土层结构的稳定性就会得到极大改善，不使基坑四周的岩块在挤土作用下向中间抬动、聚拢或被剥离坠落。这样的技术与传统基坑围护方案相比，具有如下几个显著优势。其一，锚喷支护结构完全不需要模板施工，衬砌断面较小，工程量较小，与传统重力挡土墙围护相比，不仅成本优势明显，而且不会占用过多的基坑场地，不会因基坑支护作业而使整个基坑工程的周期延长。其二，传统的基坑围挡结构是被动支护，在围挡结构外并没有起到保护自然岩层的作用，而深基坑作业时很难完全避免挡土墙外作业，所以相比直线锚喷支护技术的安全性更高。其三，传统重力挡土墙围护结构对工程地质有着极高的要求，由于自重，软土地基这种较为软弱的地质很难承受围挡结构的重量，容易出现围护结构倾倒的施工风险，而锚喷支护技术的施工方案比较灵活，不会受到基坑地质的影响，理论上它的适用性要远优于传统基坑围护结构。

2. 锚喷支护技术的施工控制要点——以某地商业建筑工程为例

2.1工程背景介绍

某地于2019年初规划在市区建设一座商业建筑，项目占地面积为10030.1 m2，建筑面积为84396.18 m2，地下建筑面积为14186.88 m2，主要建设内容为商业及附属配套设施。地下建设部分为3层结构，设计方案中基坑开挖深度为13.79 m。经过工程初期勘察计算，预计土方开挖量不小于27400 m2。由于工程建设场地位于市中心，施工临时征地便道与周边市政道路的最短距离为27 m，与已有的地下管线工程最短距离为24 m。周边临近建筑为110 m高住宅楼，与建筑临时征地便道最短距离为52 m。总体来看，该项目基坑工程施工场地较为狭小，为了确保基坑施工的安全，同时也是为了最小化土方开挖施工对周边建筑设施的扰动影响，深基坑施工方案中采用了锚喷支护技术。在基坑壁周边设计为6排锚杆间距为1.5m的排列方案，锚筋采用φ25的钢筋绑扎制作，锚杆最大长度为12m，最小长度为7m，锚喷支护施工的部分工程量情况如表1所示。

表1某商业建筑工程锚喷支护工程量数据（局部）

如图1所示，是项目沉降监测结果。

图1项目沉降监测结果

结合项目沉降情况，综合确定锚喷支护的各类参数。

2.2锚喷支护参数的确定

从该地区的地质勘查结果来看，深基坑工程的围岩部位属于软岩地质范畴，必须采用全锚固支护方案起到固岩挡土效果。鉴于工程实际情况，本次锚喷支护作业项目选用“树脂材料锚型+金属杆体”的砂浆锚杆材料。在锚喷支护施工中，秉持着锚固作用力大于锚杆承载力的原则，选择K3530型号的锚固剂药卷，施工时每一根锚杆使用一卷树脂锚固剂。在该施工项目中，锚杆的主要作用是通过挤压软岩围岩带，承受来自深基坑围岩部的变形地压作用，因此采用（1)～(3）公式确定锚杆参数：

L为锚杆总长，单位为m;M为锚杆间距，单位为m;B为锚杆巷道的跨度，经过外业测量结果得出为3.6 m;N为锚杆支护部位的围岩稳定系数，该工程所属的软岩围岩结构参考值选择N=1.2;d表示为锚杆直径，单位为mm。将已知量全部代入上述公式可以得到如下结果：

，锚杆长度取值为L=1.8 m;

M=0.5×1.8=0.9 m，锚杆间距确定为0.9 m，以网格桩点的形式进行排列

，锚杆直径取值为16 mm。

确认好锚杆参数后，还需采用如下公式，进一步计算工程锚喷支护的混凝土喷射厚度：

式中H表示为锚喷支护施工的混凝土喷射厚度，单位为mm,B仍然为锚固巷道的跨度，那么经过计算得出：

得出结论：在该工程中锚固施工的混凝土喷射厚度至少要达到50mm，才能完全消除软岩围岩结构不平整带来的应力集中表现。但施工过程中由于考虑到锚喷支护的围岩结构受到地下水位与风化侵蚀的影响，所以为了加大锚喷支护施工的安全系数，在原有50 mm的计算值上再加上20 mm作为补强厚度，确认该工程中锚喷支护的混凝土喷射厚度为70 mm。如图2所示，是锚杆自由段长度的测算分析图。

图2锚杆自由段长度的测算分析图

如表2所示，是锚杆自由段参数的计算参考值。

表2锚杆自由段参数的计算参考值

2.3修坡作业

修坡作业是为了给锚喷支护作业提供理想的空间，避免锚喷支护结构受到岩土节理层剥离影响脱落失效。深基坑工程采用挖掘机进行修坡时，首先需要放石灰线或者用行进的履带压出一条直线。将铲斗平整处理全部坡面，使坡面在斜面上位于同一个平面。最后由人工作业将基坑边坡上欠挖或松动的土体全部铲除后，将超挖的洞穴结构全部填埋压实。在该商业建筑项目的深基坑施工中，发现深基坑边坡土体的渗水量较大，所以为了不使锚喷支护作业面受到地下水位影响，后续施工中在边坡低于地下水位的合适点位设置了临时排水孔。除此以外深基坑工程开挖后发现土体为含水量较大的高黏土，所以在安放锚杆前还要预喷一层混凝土，对边坡结构进行加固处理，预喷混凝土的喷射厚度为20 mm。

2.4钢筋网的制配

钢筋网在锚喷支护施工中的主要作用是提高混凝土喷射层的抗裂性能，使喷射混凝土层的柔性得到一定改善，不易受到拉应力的影响屈服断裂或脱落。在该锚固施工作业项目中，主要是使用直径φ22 mm的锰硅钢筋作为锚筋材料，在制配钢筋网时，需要用调直机或者慢速卷扬机对钢筋材料进行调直，粗钢筋直接采用压弯机、平直锤或者人工使用扳手锤击调直，细钢筋则预先用绞盘机或导车轮拉直后运输进场。在钢筋网的制配途中，所有钢筋的伤痕累积超过截面积5%，视为不合格筋材，由于钢筋材料在调直后其抗拉强度会损失10%～15%，所以在钢筋材料性能的选择上，以拉直后的钢筋强度为准。而后用砂轮机对其表面进行除锈处理，在该深基坑工程中锚喷支护结构除了发挥挡土作用，还作为永久性围护与建筑基础构件一同埋入地下，所以为了使钢筋在绑扎时获得更好的表面质量，延长锚喷支护结构使用寿命，对钢筋材料除锈处理后涂装一层防锈蚀保护层，使钢筋材料在喷射混凝土结构内获得较好的保护效果。绑扎钢筋网需要将φ22 mm圆钢互相焊接成为200 mm×200 mm的钢筋经纬网，再将不同的钢筋网互相搭接，用焊接或者14号细铁丝绑扎的方法将若干个钢筋网连接成为一个整体。在制作钢筋网的过程中，控制网与网最小搭接长度不低于200 mm、联网距离不小于300 mm。将这样的钢筋网用锚杆托板进行固定，使其力矩水平达到20kN，而后就可以准备混凝土的制配。

在本次锚喷支护施工中，为了使砂浆获得更高强度，适当调高了水泥用量，使水灰比控制在0.45～0.55之间。该深基坑工程所处位置的岩层土体不具有长期自稳定性，所以在施工方案中改用早干早强型的水泥替代普通硅酸盐水泥，力求在发生土体侧滑之前完成支护。

2.5锚杆安装成孔作业

首先是锚杆的孔位布置，成孔作业主要是为了给锚杆安装提供空间，而锚杆与岩体土层的侧滑体能否起到嵌合固定效果，完全取决于锚杆安装位置是否精准，所以成孔作业必须按照图纸设计找准锚孔间距与排距。该商业建筑工程中局部布孔时，在成孔之前按照设计图标注要求与围岩情况，对锚孔布孔点位进行标记，主要是控制锚孔定位的最大偏差值不超过20mm。而后是以布孔标记点为准，进行冲进成孔作业，钻头伸进成孔时，应保持孔径略大于锚杆体直径约15mm。在成孔方向上应当沿着围岩周边径向成孔，但不能与岩面节理层呈平行方向分布，否则容易因成孔作业导致岩体崩裂，使四周土体提前发生侧滑，在成孔作业时每深进1～1.5m应当检查一次锚孔轴线，使锚孔中心与轴线中心偏差每10m累积不超过5mm，避免锚杆安装时受到折弯作用影响支护结构的抗拉强度。成孔作业时还应注意，锚喷支护作业对锚孔深度也有一定要求，通常以杆长±15mm为孔深标准，若锚孔过深或过浅，容易导致喷注锚杆时出现移位，使锚杆嵌固效果受到影响。此外，锚杆安装点位成孔完成后，孔内堆积的碎石、岩粉、杂物等会影响喷射混凝土的凝固强度，所以必须由人工采用高压风或水清孔的方式进行清孔作业。

2.6锚杆安装作业

锚杆安装作业前，首先检查一遍锚杆钢筋网的垫离高度是否畅通，确认安装位置未发生偏差后方可进行注浆作业。首先用水充分润滑注浆管，并检查确认管线的气密性良好后连接灌浆罐。而后打开空压机，使注浆管的工作压力在4～0.8MPa之间，同时将注浆管送入距孔口10～15cm处并封堵锚孔口。等到孔内砂浆喷射液面到达管口时，随着水泥砂浆的喷射注入匀速且缓慢地提出注浆管，等到注浆液面到达孔口且注浆管完全拔出锚孔后，用手将水泥纸封堵在孔口位置避免砂浆流出。接着将现场预制好的锚杆吊装在合适的位置，使锚杆头在孔口就位，此时清除锚孔口的封堵物，迅速将锚杆插入并安装到位。锚杆下放时，为了确保支护结构的锚固效果，必须使锚杆杆体被砂浆充分包裹，紧密贴合自然围岩结构。锚杆下放时，现场还需专门配备一名技术人员负责观察锚孔的砂浆溢出情况。当现场发现锚孔砂浆无溢出或溢出量较少时，则说明该锚孔在锚杆深入部位存在空腔，喷射注入砂浆量不足，需要将锚杆杆体从锚孔拔出后进行清孔处理，重新进行喷射注浆作业。在此次锚杆安装作业项目中，除了需要保证混凝土砂浆的喷注液面满足孔深要求，还要同时检查锚杆钢筋网与喷射混凝土保护层的厚度，避免因锚固底座抗拉性能不足导致锚固支护结构失效。

3. 结语

(1）锚喷支护技术在深基坑工程中的应用，主要是借助锚杆与混凝土的嵌固作用，使基坑壁岩围土体的侧滑体不发生变形、破坏或塌陷，这使得该技术能够在稳定基坑结构上，具有显著的应用优势，为基础工程施工提供良好环境，以及安全保障。在深基坑基础工程施工中，应积极推行该技术，同时从锚喷材料制配质量、施工人员业务素质、技术管理以及工艺参数管理等方面严格控制。

(2）锚喷施工期间，应合理确定各项参数。参照地勘结果，明确施工区域的地质特点。案例项目采取“树脂材料锚型+金属杆体”的工艺方案，锚杆长度L确定为1.8 m，锚杆间距M计算结果为0.9 m，锚杆直径D参数设计为16 mm，材料喷射厚度H值为50 mm，补强厚度取20 mm。

(3）修坡施工中，需关注边坡加固效果，预处理环节，材料喷射厚度取20 mm。

(4）制备钢筋网时，选择普通硅酸盐材料，水灰比取值范围在0.45～0.55。

(5）锚杆安装阶段，严格按照工艺要求进行，保证锚固质量。

参考文献:

[1]郑冬杰,孙庆润.深部岩巷锚喷支护技术参数确定与试验研究[J].煤矿安全,2021,52(12):60-65.

[2]孔令熙,李佳良.建筑工程深基坑支护中锚喷支护技术的应用探讨[J].工程建设与设计,2021(20):27-29.

[3]陈章霖.深基坑支护技术在岩土工程施工中的应用[J].工程技术研究,2022,7(22):64-66.

[4]陈铭.建筑深基坑支护中的锚喷支护应用[J].绿色环保建材,2018(03):175.

[5]潘新波,岳伟.高寒地区低温条件下锚喷支护施工技术[J].陕西水利,2021(08):192-195.

[6]高海鹏.锚喷支护技术在高速公路边坡防护工程中的应用[J].居舍,2021(20):31-32.

[7]向志刚.白鹤滩水电站地下厂房锚喷支护关键技术研究[J].人民长江,2020,51(S2):184-188.