浅探喷锚支护技术在深基坑施工中的应用

刘赞国

摘要:实践证明，喷锚支护结构是一种广泛采用在开挖深度不超过12m 的基坑支护方法，具有安全稳定性好、造价低、工期短等特点。本文结合某商务大厦深基坑喷锚支护施工经历，探讨喷锚支护施工技术在深基坑施工中的应用。

关键词: 喷锚网；支护；深基坑；应用。

1．前言

近年随着国内经济的持续腾飞，城市建设也日新月异，各种高层、超高层建筑相继建成。但随着城市规模的扩张，城市用地矛盾日益凸显，相应的城市建设开始向高空及地下发展，城市地下空间的开发利用也日趋活跃，各大城市相继开始地铁、大型地下商业广场、停车场等一大批商业、人防地下建筑的建设高潮，随即带动了城市地下施工技术的突飞猛进。而当今城市高层建筑物多因施工场地狭狭小且紧邻既有建筑物而使地下室及基坑施工成为整个建设项目的难点。而制定经济合理的基坑支护方案是保证项目成功实施的关键。

喷锚网支护是目前深基坑支护工程中采用较多的一种支护方式。它是喷射混凝土、锚杆（索、管）、钢筋网联合支护的简称，作为一种先进的支护加固技术，在岩土质高边坡和大跨度地下工程，特别是在城市狭小施工空间以其简便的施工工艺、灵活的施工组合得以应用。

2．喷锚网支护的作用机理

土体的抗剪强度较低，抗拉能力极小，但是土体具有一定的结构整体性，能以较小的临界高度保持直立。土坡直立的高度超过临界高度，或坡地有较大的超载以及环境因素的改变都会引起土坡失稳。过去常采用支挡结构承受侧压力并限制其变形。这属于被动制约机制的支挡结构。

喷锚网支护是土体内增设一定长度和分布密度的锚固体，它与土体牢固结构而共同工作。以弥补土体自身强度的不足，增强土体的稳定性。这种方法是以主动制约机制为基础通过锚杆与土体的相互作用，使土体自身结构强度增加，锚杆对复合土体起着骨架箍束作用，分担外荷载和土体自重、应力传递与扩散的作用。而钢筋网喷射混凝土则约束坡面变形。

喷锚网支护中喷射混凝土的嵌固作用和压力灌浆渗透作用。在护坡过程中具有良好的防水止水作用。

2.1 压力灌浆群锚止水

深基坑边坡支护中，锚杆间距在1.0～1.5m 之间，锚杆孔径在100～150mm 之间，通常锚杆长度在6m 以上，有的可达到12～25m。高压灌注水泥浆在流砂和砾砂中，其渗透半径较大，对松散土中的含水裂隙，水泥浆则完全可以渗透。渗透到土层中的水泥浆，即起土壤的固化作用，又起止水和防水的作用。通过压力注浆可在基坑边坡周围形成一个数米厚的固化止水层。

2.2 局部超前锚管固化止水

在土方开挖护坡过程中，遇到淤泥和流砂，要采用超前锚管固化止水措施，通过高压灌注水泥浆，首先进行固化止水，然后再进行开挖和支护。其效果比较好。

2.3 临时排水管的双重作用

对于有的深基坑不具备设置降水井排水条件，为了减轻水对边坡的压力，提高护坡支护效果，开挖土方后，要设一些临时排水管，通常在锚杆注浆后几天内，这些排水管的作用逐渐降低，当喷射混凝土和注浆材料达到百分之七十强度后，再向排水管里注水泥浆，通过水泥浆的渗透作用，使排水管起到止水的作用。

2.4 钢筋网喷射混凝土的防护

高速喷射的混凝土在压力作用下，与土表层之间产生嵌固效应，喷射混凝土与土体形成整体，从而提高了混凝土与土表层的粘结力。钢筋网上喷射混凝土在边坡表面行成一个较强的防护层，制止雨水和其它地表水冲刷产生的滑塌现象。

3．喷锚网支护的工程实践

3.1 工程概况

某商务大厦占地面积约8000m2，设计地面以上28 层，地下室2 层，框架剪力墙结构，采用人工挖孔桩基础，基坑开挖设计深度8.5m，基坑平面大致呈方形，基坑需支护周边总长约252m。

3.2 工程地质条件

根据业主提供的本工程的“工程地质勘察报告”,本工程场地地质特征如下:

场地内土、岩层从上至下依次有：(1)填土层；(2)冲积层；(3)残积粘性土层；(4)强风化砂岩；(5) 中风化砂岩：(6) 微风化砂岩。

(1) 填土: 主要由素填土组成，松散，稍湿-湿，局部被水浸泡成为饱和淤泥，层厚0-2m；

(2)冲积层:由粉质粘土和粘土互层，湿-很湿，可塑-软塑，层厚2-3.8m，弱透水性；

(3)残积层:粉质粘土夹粉土，很湿-饱和，软塑，层厚2.5-4m，弱透水性;

(4)强风化泥质粉砂岩：基坑开挖面基本上在强风化岩面之上。

开挖深度内地下水主要为素填土层中的潜水，受季节影响，水位在0.00～0.80m 之间变化，下伏土层中等含水量，属于一般性含水地层，弱透水性。

3.3 喷锚支护方案

(1)设计依据

本工程依据以下文件和工程经验进行设计

①《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99)

②《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)

③《土层锚杆设计与施工规范》( C E C S22-90)

④《岩土锚杆(索)技术规程》CECS22_2005

⑤《工程地质勘察报告》

(2)喷锚支护的可行性分析喷锚支护是以新奥法为理论基础.在开挖形成的坑壁中，设置一定长度和密度的锚杆体，锚杆体与喷射混凝土层结构形成柔性支挡体系。挡土体系与坑壁原位土体牢固地结合在一起共同工作，形成在机理上属于主动制约机制的支护类型。

(3)喷锚支护方案

本工程采用喷锚网支护，除北边线外其余边线均放坡2 m 开挖支护，坡面倾角大约76 度，共布置7 层锚杆，其中2 层为小预应力钢筋锚杆, 成孔孔径均为110mm，锚杆钢筋使用1 φ 22 Ⅱ级钢筋，喷锚网面板厚度为1 3 0mm。基坑1 ／ J 轴以北有一围墙，紧贴地下室边线，最近处约有2 m 左右，围墙以外马路是附近居民出入的主通道，因此围墙不能外移或者挪动空间不够，因此将此段喷锚支护改成垂直开挖支护，但另外增加了φ1 6 8 超前支护钢管桩，同样布置7 层锚杆，分为普通钢筋锚杆和小预应力钢筋锚杆，均与超前支护钢管桩焊接或用型钢枕梁连接，成孔孔径均为1 1 0 m m ，锚杆钢筋均使用1 φ2 2 Ⅱ 级钢筋，喷锚网厚度为1 3 0 m m。

3.4 施工方案、施工工艺及技术措施

3.4.1 喷锚支护施工

1)工艺要求

为做到及时支护、有效地保持土体强度，喷锚网支护的施工要“紧跟开挖，随挖随支”，每层开挖高度，随地质条件而定，一般为1.5m～2.5m。喷锚网支护施工的作业流程如图1。

如果土方开挖后，土(岩)层较好能自然直立时，为加快施工进度，可不进行首层初喷混凝土的工作。 对松软土层或遇水易软化的土层以及有地下水渗流严重地段，为防止开挖的坡面局部塌落，需先编好钢筋网，焊接加强钢筋，并增加短摩擦锚杆，喷射首层混凝土，然后成孔，制安锚杆钢筋，注浆封孔。

2)技术保障措施

开挖前应了解和掌握邻近建筑物基础形式和锚杆长度范围内地下管线的具体位置，以指导调整锚杆的孔位、角度和长度，避开上述障碍物。

边坡开挖后3h 内完成作业面的初喷(遇软弱土层时)，48h 内必须完成支护作业，上、下排锚杆施工4 8 h 内不宜开挖该段的下一层。

疏通基坑附近的排水管道，防止堵塞引起渗漏，及时排干基坑周边积水；对基坑周边的原有裂隙，应作必要的填补，严防地表水下渗；作业面流水量较大时，应设置浅层或深层泄水孔。

施工前及施工中，做好各种材料的送检、化验，保证使用合格产品，按有关要求做好试压件与焊接样品的制作与送检工作。

基坑坡顶位置设位移、沉降观测点，定期观测，及时观测基坑变形情况，指导开挖和支护工作。

深基坑支护重在过程控制，一旦出现质量问题，事后纠正和补救比较困难。因此，必须严格按照技术规程施工，确保施工质量。

3.4.2 土方工程施工

1)施工布置

本工程基坑支护采用喷锚网施工工艺，土方开挖与喷锚施工密切配合。基坑土方开挖

工艺流程如图2 所示。

图2 基坑土方开挖工艺流程如

土方开挖平面区段的划分：

考虑本工程基坑施工场地较大，为了确保有足够工作面供喷锚施工正常进行，又充分发挥挖掘机自身工作效率，将本基坑土方开挖划分为I 区和Ⅱ区二部分。I 区为基坑内部土方开挖无须支护部分。I区表层土由于受地表水的影响呈淤泥状，因此在开挖前期(即平台保留期，该分区地表用碎砖、碎石或石粉填筑，便于机械设备运做。

Ⅱ区为沿基坑四周留设的8-12M 土台。Ⅱ区内专门配备一台反铲挖土机配合喷锚施工，反铲土机将Ⅱ区内土方挖至I 区。

整体施工顺序如图3 所示。

2)基坑排水设施

a.沿基坑坡顶喷射1m 宽、100mm 厚保护层，防止地表水流入基坑边破坏土体及对基坑周边坡的冲刷。

b.沿基坑周边设排水明沟，将地表水及水泵抽起的基坑水经沉淀过滤后排入市政下水道。

c.土方开挖过程中沿基坑内周边挖6～8个临时集水坑，并随基坑挖深而加深，利用集水坑将基坑渗水和施工费水用潜水泵抽至地面排水明沟沉淀过滤后排水市政下水道。

d.施工过程中应经常检查排水沟，确保排水沟的畅通。

3)施工应急措施

本工程在施工过程中，进行了宏观与微观监测，并结合现场管理实际情况，制定了相应的应急预案：

a . 采取及时加长，加密锚杆：必要时，增加预应力锚索。

b.对破坏或变形较大的土体采取打入中4 8 钢花管，并高压注浆，固化土层。

c.增加施工超前支护钢管桩或微型灌注桩用以挡土或后锚张拉，保持土体稳定。

d.当边坡局部有坍塌时，可采取及时人工打入中4 8 钢花管，挂钢筋网喷射砼，然后再施工锚杆、挂网、喷砼。

e.以上的技术措施在实施中，可根据情况的轻重缓急选择使用，当出现重大险情时则采用回填土或堆砂袋，先保持边坡稳定，然后再采取有效的加固方案。

4)施工监测

本工程基坑监测内容是坡顶水平位移及沉降。基坑周边的观测点在坡顶施工喷射砼层时建立，用钢筋定标，标志高度不超出砼面2cm，沿基坑周边每间隔约20～30 米布置一个，共布置1 3 个，兼做水平位移及表面沉降观测点，从第二层开挖及喷锚支护时开始观测，基坑开挖施工阶段每天观测不少于2次，遇暴雨或变形异常时，每天观测2～3次。支护完成后至基础工程桩施工、地下室底板完成每天观测1 次，以后至地下室完成阶段每周观测一次。水平位移观测采用全站仪，沉降观测采用精密水准仪进行，测量基准点由基坑外土体稳定区域引测。

4．结束语

按上述措施进行施工，在施工过程中对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了跟踪监测，各观测点均处于稳定状态。同时对临近地面裂缝进行了跟踪监测，各观测点仅在开挖过程中局部出现裂缝，及时填补并完成基坑支护后未见裂缝继续扩展，各观测点均处于稳定状态。实践证明，喷锚网支护具有安全稳定性好、造价低、施工简便灵活、工期短等特点，可以广泛应用于开挖深度不超过12m 的基坑支护中。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。