止水帷幕结合土钉及预应力锚杆支护施工应用

祁会祥

随着高层建筑的不断发展，社会各方面对建筑空间利用要求越来越高，单层地下室利用已远远满足不了生活、工作要求，对地下空间开发利用更加受到业主的重视。但是由于人们向更深的地下索取空间的同时，地下土质、水文条件的复杂性，将会产生高额的施工费用，许多不可预见的风险，以及对地下水资源的破坏。如何保证施工质量安全、尽可能减弱对地下水影响、合理投入施工费用成为基坑支护施工的难题。通过采用止水帷幕结合土钉、预应力锚杆支护施工技术，较好的解决了地下2层～3层(深度一般在-15m以内)有降水要求的基坑支护工程，并且通过有序的组织施工保证深基坑施工中费用、安全、施工质量、环保问题统一。该施工方法针对工程特点及不同部位受力情况采用不同的处理措施，便于类似工程的参考借鉴。

1 方案设计

止水帷幕可采用深层搅拌桩(地下水位较高时需采用钢筋混凝土灌注桩)施工，深层搅拌桩一般不少于两排，钢筋混凝土灌注桩一般为一排，并在顶部设置钢筋混凝土环梁增加帷幕的整体性。

基坑支护，根据基坑土层侧压力计算，对于基坑上部侧压力较小的部位可采用土钉支护，对于基坑下部侧压力较大的部位采用预应力锚杆支护。

土钉支护施工采用机械成孔(若机械成孔困难，可换做钢管土钉，管上留有出浆孔，每400mm设双孔，每道成 90°布置，距孔口2m范围不设出浆孔，孔径8mm)。土钉采用梅花形布置，入射角为 15°，注浆材料采用 42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为 0.5，注浆量为30 kg/m。

预应力锚杆支护施工(对于地下水位以下的流砂层、淤泥层可改用套管跟进成孔法施工)，采用二次注浆工艺，二次高压注浆压力控制在2.5MPa～5 MPa。注浆时间在第一次注浆锚固体的强度达到5MPa后进行。预应力锚杆注浆材料采用 42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5，浆体抗压强度不低于20MPa，掺入适量膨胀剂。

基坑侧壁喷射混凝土面层厚度一般为 100 mm，强度等级为C20，面层内设置Ф8@200单层双向钢筋网片。

深基坑降水是一项比较复杂、涉及面广、影响范围大的工作，也是系统性、周密性、科学性较强的工作，降水必须有严密的组织、合理的布井、精良的设备，才能达到预降水的目的。降水不当，将会直接影响地下水位的变化，从而对周边的建筑物造成影响，必须根据工程的现场情况，按预定的控制速度和设计方案进行降水，方能保证周边建筑物的安全。根据地勘报告中水文情况及地表水储量，设计降水井数量和间距。在基坑外围设置回灌井，在降水的同时进行水位观测，在必要时进行回灌。在土方开挖前，应做好基坑降水工作，地下水位降至低于基坑底标高 1 m左右。

2 止水帷幕施工

1)桩位测设。

根据测量放线基准线和控制点，用水准仪进行场地抄平，以确定桩底和桩顶标高，用全站仪放出定位桩位，将每个桩点编号。

2)高压旋喷桩施工工艺。

就位:桩机就位，桩尖对准拟成桩中心，校正下机身水平，使钻杆垂直地面。

钻进:启动钻机使双冀旋转钻头回转钻进，待搅拌头转速正常后，方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌，下沉速度可通过档位调控，工作电流不应大于额定值，钻至桩底标高位置停止钻进。

拌制浆液:深层搅拌机预搅下沉同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中。选用水泥标号 32.5级矿渣硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制在0.6，按照设计要求每米深层搅拌桩水泥用量不少于60 kg。

喷浆搅拌提升:下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，按设计确定的提升速度(0.50m/min～0.8m/min)边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和。

重复搅拌下沉:搅拌钻头提升至桩顶以上500mm高后，关闭灰浆泵，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行。

喷浆重复搅拌提升:下沉到达设计深度后，喷浆重复搅拌提升，一直提升至地面，成孔结束。

3)钢筋混凝土灌注桩施工工艺。

埋设护筒:采用4mm～8mm钢板制作成高1.5m～3m的护筒，护筒顶部开设溢浆口。根据已确定的桩位，将护筒放入坑底整平后的预挖坑内，换粘土分层夯填。

钻机就位:钻机就位必须保持平整，钻头在护筒中心位置。

成孔、注浆:钻进过程中必须保证泥浆供给，使孔内浆液面稳定。

清孔、排渣:成孔后，安放导管并连接泥浆泵，循环泥浆清孔。清孔后，孔内排出的泥浆，用手触摸无颗粒感，含砂量不大于 4%，沉渣厚度不大于150mm。

制作、吊放钢筋笼:提前制作好钢筋笼，对称或间隔 120°绑扎砂浆垫块，吊放时应对准孔位，采用对称吊筋，吊直扶稳，缓慢下沉，放到设计位置时立即固定。

安放混凝土导管:导管连接竖直，接头加橡胶密封圈，下端高出孔底沉渣面300mm～500mm。

浇筑混凝土:浇筑混凝土应连续施工，边浇筑边拔导管，并随时掌握导管埋入深度，混凝土浇筑到桩顶时，及时拔出导管，使混凝土标高大于设计标高 500 mm～700mm。混凝土浇筑完毕后，拔出护筒，用素土填埋桩坑。

3 土钉(预应力锚杆)支护施工

1)土钉支护施工。边坡开挖:采用挖掘机挖土，预留 200mm～300mm人工修坡，开挖深度在土钉孔位下500mm，预留工作面宽度保证 12m以上，以确保土钉成孔的工作面。土方开挖应严格按照设计规定的分层分段的开挖，按作业顺序施工。

边坡修整:采用人工清理，并确保喷射混凝土面层的平整。

定位放线:按照设计图纸由测量人员准确的测量，用铁钎挖个浅孔定出土钉的位置。

成孔:土钉钻孔采用人工洛阳铲到设计深度(土钉直径不应小于设计直径)，钻孔完成后进行清孔检查，对于钻孔中出现局部渗水塌孔或掉落松散土时，应立即压浆处理，并及时安置预先加工好的土钉主筋，并注浆。若在施工过程中人工成孔困难，可采用螺旋钻机或锚杆钻机机械成孔，对人工和机械均无法成孔的区段，考虑采用击入式钢管土钉，间距可适当加密，以保证达到设计要求。土钉主筋拉杆制作及安放:主筋不应小于设计长度，主筋搭接采用单面搭接焊，焊缝高度和长度应符合规范要求。主筋拉杆每间隔 2.0 m设置一组定位器，以防止土钉主筋偏离土钉中心，将注浆管捆扎于土钉上。注浆管应距离钻孔底 500mm。

挂网及焊接钢筋:钢筋网片用插入土中的钢筋固定，与坡面间隙30mm～40mm，不应小于30mm，搭接时上下左右一根一根搭接绑扎，搭接长度不应小于300mm。钢筋网片借助拉结筋与土钉主筋拉杆外端的弯钩焊接成一个整体。

喷射混凝土:喷射混凝土的强度不低于C 20，喷射作业分片分段进行，顺序自下而上。根据工作时间、施工部位和地质情况若需外加速凝剂时，速凝剂的掺量为水泥重量的 3%左右。

养护:应根据施工期间的气温，具体养护由现场技术人员确定。采用洒水养护或保温养护。

2)预应力锚杆支护施工。孔位校正:锚杆成孔钻机就位后，要按设计要求校正孔位偏差。垂直偏差 ±100 mm，水平偏差±100mm，角度偏差不宜大于 3%。孔深误差不得大于设计深度的±200mm。

成孔:启动电机，缓慢钻进，并根据地质条件控制钻进速度。每节钻杆钻进后在接钻杆前应清理好孔内余土。钻进过程随时注意速度压力及钻杆的平直。钻进距设计要求深度 200mm时，应在原位继续钻进，确保孔内无残留余土，拔出钻杆后，用塑料管测量钻孔深度等，并做好记录。

预应力锚杆制作:a.预应力锚杆材料为3φ12.7 1860级钢绞线，并用砂轮切割机断料。b.自由段采用薄膜纸包裹或用 φ15胶管套住，使之与锚杆固结体分离。c.预应力锚杆长度应比设计孔深长1.0m，以留作张拉时安装千斤顶。d.锚固段架线环与紧箍环按每隔1.5m～2.0m间距设置;紧箍环用16号铅丝绕制，以保证预应力锚杆顺直。

预应力锚杆安装:下预应力锚杆前，先将第一次注浆管和第二次注浆管穿过对中支架中间，放置在预应力锚杆中间，以利拔出第一次注浆管，锚固段位置按间距 1 000mm对眼布置出浆孔，并用胶带封好，以防第一次注浆过程中水泥浆进入管内。注浆管管头离预应力锚杆头部约 500 mm，并用铁丝将管头部弯折 180°绑扎，以防下预应力锚杆时管内出现负压而堵塞注浆管。

注浆:预应力锚杆为二次注浆。第一次注浆:a.第一次锚杆注浆材料为水泥浆，水灰比为0.4～0.5，水泥选用42.5普通硅酸盐水泥。b.浆液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前注浆完毕。c.注浆压力为0.5MPa～1.5MPa，当浆液满出孔口后，缓慢地将注浆管拉出孔外，随即向孔内进行补浆。第二次注浆:a.第一次注浆结束后3 d～5 d，进行第二次高压注浆。b.第二次注浆体采用水灰比为 0.4～0.6的纯水泥浆，浆液的搅拌严格按配合比进行且要求搅拌均匀，并经过筛选后方可泵送，灌注要连续，不得中断。注浆压力为2.5MPa～5MPa。

4 结语

在施工过程中，通过计算建筑工程地下水位和水压，合理设计止水帷幕的有效高度和基底深度，并通过采用土钉和预应力锚杆支护施工，将支护工程与止水帷幕工程统一在一起，既增强了止水帷幕的密闭性，又提高了支护的牢固性，较好的保证了工程施工质量，有效控制了降水范围，并通过合理设置回灌井，尽可能减少对建筑物周围地下水的影响。针对基坑侧壁受力不同和土质情况，上部采用土钉支护，下部采用预应力锚杆(套管跟进成孔法)的施工方法，使工程投入做到更加经济合理，达到支护安全可靠的目标。

[1] 周凤英.搅拌桩挡水帷幕在治理深基坑流沙中的应用[J].山西建筑，2009，35(15):77-78.