基坑喷锚土钉支护技术的几点经验

基坑喷锚（土钉）支护技术的几点经验1、前言基坑喷锚（土钉）支护近年来在兰州市快速发展，已成为一种重要的基坑支护型式，它充分利用土体自身的强度，通过在土体中设置钢筋或钢管等金属杆件(土钉)，分担土体所承受的外力和自重，改善土体的受力情况，并在开挖面构筑钢筋网喷射混凝土面层，使土钉、面层和原位土体三者构成一个整体而共同工作。土钉支护具有施工方便、性能可靠和突出的经济特性，同时，在土钉支护的施工过程中，因其施工速度快，可缩短一半工期，施工设备轻便，材料用量少，可节约工程造价1/3～2/3，对周围环境的影响很小的优点，基坑喷锚（土钉）支护被广泛应用于基坑开挖工程中。自九十年代兰州引进喷锚（土钉）支护技术，兰州地区建筑地下室一层～三层（开挖深度在12米以内）基坑多采用喷锚支护，同时深度＞12米的基坑也有部分采用喷锚支护。但在应用基坑喷锚技术过程中，发生不少地面开裂、坑壁塌方、坑地土隆失稳、邻近地下管线破裂、破坏等事故，究其原因：主要忽视喷锚技术的局限性，不顾条件地使用喷锚支护，如对松散的杂填土未经加固处理就简单使用喷锚支护；冬季施工的基坑边坡开春后土体解冻，土体含水量饱和造成土钉锚固体与土体摩阻力减小导致塌方；锚杆（土钉）未穿过流塑状淤泥土，致使基坑失稳而塌方。我司自2002年开展基坑支护设计与施工以来，每年完成基坑支护设计与施工十多项，对兰州地区的各种地质条件都进行过设计与施工，基坑深度最深的达16米，我司在总结研究基础上编制了技术规程，基坑喷锚（土钉）支护技术已较为成熟。我就基坑喷锚支护设计施工中一些技术问题，作为本文探讨主题，旨在提高设计水平、改进施工方法。2、基坑喷锚（土钉）支护技术的几点思考2.1支护方式的选择对基坑紧邻建筑物不具备放坡开挖地段，基坑保护等级高，水平位移控制要求严格，则需与排桩组合支护；对淤泥厚度大、基坑底落于淤泥土的基坑，也需排桩支护；对软土地区深度大于6m的深基坑使用喷锚支护应谨慎，确保基坑安全。

2.2、填土、淤泥计算参数及支护结构整体稳定系数取值的探讨2.2.1填土、淤泥计算参数工程地质勘察报告往往无杂填土、素填土、淤泥等支护结构计算所需的重度（γ）、粘聚力（c）、内摩擦角（φ）参数，统计了大量的γ、c、φ参数后，得出兰州地区的经验数据，经注浆加固处理后，上述土层的c、φ值提高10～30%，以杂填土c值提高最明显。我们一直以经验数据取值参于支护结构计算，实践证明改用经验数据接近土层实际的，可以采用。2.2.2整体稳定系数支护结构计算最后获得整体稳定系数如何取值？我们认为：条分法作稳定分析，整体稳定系数取K=1.2～1.3为妥，基坑深、土质差取高值，反之取低值；基坑支护施工期受大气降水、地下管道渗漏水及土体徐变等不良因素作用，设计时整体稳定系数宜增加0.1～0.2。2.2.3地面荷载对基坑影响的分析喷锚支护设计前应对基坑周边地面荷载详细调查，尽量使地面荷载取值接近实际，对紧邻基坑边的建筑物基础类型、埋深、距离、荷载值调查清楚。如兰大二院医疗综合楼基坑支护工程，基坑开挖深度16米，基坑北侧γ刀室距基坑开挖上口仅0.6米，此段边坡放坡1:0.35，该γ刀室为框架结构，井桩基础，基础埋深5米，原勘察设计院将此段边坡设计为支护桩且在基坑高度1/3处设置预应力锚杆一道，我公司在详细考察了施工条件后，认为采用基坑喷锚支护可行，施工后成功地将变形控制在20㎜以内，确保该楼安全。地面荷载值参加支护计算，是确定支护结构的重要数据；就是在离基坑边的距离大于基坑深度的建筑物荷载，以扩散角法则对基坑壁虽无直接影响，但其仍影响到基坑整体稳定性，降低稳定系数，所以支护设计时仍要进行验算其对整体稳定系数的影响程度。2.3、时空效应在喷锚支护技术中应用时间、空间效应广泛应用在基坑支护技术中，我们喷锚支护设计施工中也应了时空效应，对基坑安全、节约支护结构用材，降低成本起到良好效果。2.3.1空间效应（1）、改变基坑空间形状，缩短基坑边长，增加基坑角点，减少变形量。如将矩形改成八角形，减少支护工作量，减少长边变形（图1）。（图1）（2）、在场地条件许可下，改一级放坡为二级台阶式放坡开挖，减少土压力，减少支护工作量，降低工程造价（图2）。（图2）（3）、场地无法满足土体放坡条件时，可以采取坑壁不同坡度开挖。如对上部松散状杂填土及软流塑状淤质土采用缓坡，下部硬塑粘性土或卵石层采用陡坡开挖（图3）。（图3）2.3.2时间效应（1）、先注浆加固土体后，一般应需停歇养护3～4天，达到一定强度才能开挖。（2）、一层喷锚支护施工结束，切忌立即向下开挖，应在其它地段开挖，养护1～2天才能向下开挖。（3）、开挖坡面暴露应加快支护施工，一般要求坡面暴露后在16小时内完成支护施工，对未经加固的杂填土、淤质土宜在8小时内完工，若遇大雨应在坡面暴露后立即喷射砼面，并在5小时内完成支护施工。（4）、基坑开挖支护施工后，土体仍在徐变，喷锚支护抗徐变力量弱于其它支护手段，所以要求在地下结构工程施工过程中应及时夯实回填土。2.4、无天然粘（内）聚力的杂填土加固处理无天然粘聚力的松散状杂填土，其破坏往往没有征兆，会突然塌下来，喷锚支护在杂填土中发生塌跨事故屡见不鲜，2002年七里河区安西路石油大厦因上层杂填土未加固处理，基坑开挖至第四层土钉（约6.0m）时杂填土从支护面后面滑移造成边坡塌方，所以对杂填土需先加固处理后开挖。采用注浆法处理杂填土，其粘聚力可从无提高到10Kpa以上，又降低杂填土渗透系数起到防渗作用。2.5、基坑降排水兰州地区城关区基坑地下水一般在自然地面下4m～7m。2.5.1浅层潜水型地下水面埋深浅（埋深一般＜1.5m）主要受大气降水补给，在市区在浅部往往有地下管道中渗漏出的生活用水补给，采用注浆法组成防渗帷幕减少浅层地下水漏入基坑中，在基坑底布置排水沟，将坑水导入集水井，用水泵排至坑外。在坑壁按2米间距正三角形布设一个泄水孔，使土体中含水及早泄出，减少坑壁水压力，若施工期间适逢雨季宜在基坑四周做排水沟将雨水导至他处。2.5.2深层微承压含水层（饱和状粉土及粘性土层等）采用井点降水，将地下水水位降至基坑底标高以下，对邻近建筑物应作回灌，达到动平稳，减少建筑物基础的沉降量。2.6、支护结构的优化喷锚支护结构施工时往往千篇一律按常规实施，我们在设计施工实践中认为可以按基坑深度不同、坑壁侧压力大小优化支护结构，现讨论如下：2.6.1喷锚护坡用于缓坡开挖、土质较好、土压力较低、坑壁侧压力较小，我们探索钢筋网Φ6.5双向@250×250，加强筋Φ16，基坑安全系数较高的可以采用Φ14或Φ12，加强钢筋由横向、竖向设置改为横向通长一道，土钉端头呈井字架与土钉头焊接，翻边宽1m，将坑边做成硬化地坪。2.6.2喷锚（打入式锚杆）支护，钢筋网一般采用Φ6.5双向@250×250，加强筋Φ14～16，在土钉头处呈井字架与土钉头焊接。横向通长，竖向为短钢筋，长300mm；加劲钢筋位于钢筋网之外。打入式锚杆（Φ48钢管）间距1.2～1.8×1.0～1.5m，焊牢于加强筋上（图5），翻边宽同为1～2m，施工实践得知兰州地区打入式锚杆设计长度大于5m时，因在卵石层施工难于达到要求，我们将锚杆间距改缩短，则锚杆长度改短为小于5m时，也可满足基坑整体稳定的要求。（图5）2.7、基坑开挖过程中土体有较大变化地段应调整支护结构基坑开挖必须分层分段均衡开挖，且应留0.3～0.5m的原状土用人工挖至坑底标高。在开挖过程中土体有较大变化应调整支护结构，如蓝宝石大厦基坑支护工程基坑西南侧开挖发现有有地表水渗入，立即进行抗拔力演算，需增加两层锚杆并挂双层钢筋网片才能确保基坑安全，施工就按修改后的设计执行；华兴厂山体支护工程施工时发现实际土质较设计预测的土质好，且放坡较大，经重新演算，锚杆间距增大，长度均减少基坑仍然是安全的，所以实际施工就按修改后的设计执行，节约了施工用材，降低了工程造价。2.8、基坑变形监测及应急措施2.8.1基坑变形监测基坑开挖前在基坑边及邻近建筑物布置监测点，监测点间距一般不大于20m，在距基坑周边不小于2H（H为基坑深度）布置监测基准点，数量不少于两个，基坑开挖前进行监测点及基准点测量，测量至少两次，以取得初始值。基坑开挖及支护施工期间每天监测一次，当监测结果变化速率较大时，每天监测两次，当有事故征兆出现时，应连续监测。支护施工结束后，地下结构工程施工期间每周监测一次直至基坑回填土结束。2.8.2应急措施（1）、地面出现裂缝，顺裂缝注入水泥与水玻璃混合液，防止地表水灌入增加坑壁压力，地面用水泥砂浆抹平，在裂缝外侧布置钢筋钉，增加抗拉力，稳固变形土体。（2）、水平位移达到报警值，采用水平或斜支撑，在地下结构施工过程中，可采用脚手架加水平支撑，限制水平位移发展。（3）、坡脚滑移，采用砂石草包堆叠坡脚，阻止坡脚继续滑移。（4）、基坑底隆起，用砂石草包等增加坑底上覆荷载，平稳土压力，限止隆起。（5）、基坑底发生管涌，加强井点降水，降低地下水位。3