试析软岩地下工程预应力锚索支护设计及施工技术

赵子瞻+曹坤

摘要：本文主要论述了软岩地下工程预应力锚索支护设计及施工相关的内容，通过施工实践发现，该工程的基坑尽管受到当地特大暴雨的袭击，但仍然没有出现任何的施工技术故障，从而为我国其它地区同类型的软岩地下工程预应力锚索支护设计以及施工技术的应用提供了一种既可行、又安全的实用性施工技术方案，与一般的地下连续墙施工技术相比，软岩地下工程预应力锚索支护设计及施工技术更加安全、经济。

关键词：软岩地下工程；预应力锚索；支护设计；施工

中图分类号：TU71 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）013-000-02

随着经济社会的快速发展，我国的工程施工将面临着巨大的挑战，特别是地下工程软弱围岩支护施工已经成为我国土木工程领域面对的重大技术难题，本文在研究过程中通过对围岩松动圈理论思想的应用，重点采用了预加固施工技术[1]，通过新型的预应力锚索为该地下工程软弱围岩的初期开挖施工进行有效支护处理，从而对相关的重点施工技术工艺进行论述分析。

一、软岩地下工程预应力锚索支护设计及施工案例概况

本文所研究的施工工程为我国某地区一大型的施工工程项目，结合该工程的施工地质勘探报告分析，该岩土工程为软弱施工地质，从上到下发育，一共有三层。其中第四系为人工填土，主要的土质为杂填土，土层结构中含有大量的煤屑以及砖块和碎石、铁皮等；另外，还包括大量的花岗岩条石、旧基础、木桩等，主要厚度为1.30米-6.50米；该施工工程的第四系为全新的统冲积层，该地质层主要包含了淤泥质黏土以及淤泥层这两大主要的砂土亚层结构，土质为灰黑色，富含大量的有机质，其中还有大量未经腐化的木条等，土质主要为粉细砂，淤泥的主要分布状态为透镜体，其中该层地质层厚为3.0米-5.0米，顶板的埋深为1.30-6.50米。除此之外，该工程地质中还分布有白垩系泥质的粉砂岩，结合该区域的风化作用可以将其划分为微风化带以及强风化带和中分化带三种不同的带系单元结构。其中，中风化层岩的层厚为0米-9.30米，而岩层的顶面埋深为6.30米-15.80米，其中强风化岩的顶面埋深为5.40米-8.0米，实际的层厚为0.70米-8.30米。

二、软岩地下工程预应力锚索支护方案的选择

通过上述施工地质情况介绍分析，可以发现该工程地质施工条件十分复杂，因此在施工设计方的综合论证、评估之下，得出其中主要的不利施工影响因素：

（一）在开挖过程中会遇到旧基础以及杂填土和淤泥及粉砂、淤泥质黏土等不同的施工土质；

（二）该施工地质中有大量的木桩以及条石密集分布在地下5米左右的施工区域；

（三）该施工区域的地下水含水量十分丰富，而且施工过程中会受到地表水以及地下浅层水质的影响，其中地下水的稳定水质埋深为0.8米-2.10米；

（四）该施工区域穿过大量的居民区以及商业区，因此施工场地十分狭窄，在基坑施工支护过程中，基坑的结构外边线距离施工场地周边的居民区以及商业住宅区的最大距离不足1米，而距离商业区最宽不足两米，因此施工过程中会受到诸多不利施工影响因素的干扰，特别是地下基坑的施工开挖难度较大。

所以，该施工工程受到诸多施工条件的限制，经过施工方对不同的施工技术方案进行设计、优化、评估与论证，最后认为采用地下连续墙的施工技术进行作业不仅施工成本较高，而且施工过程需要的施工场地较大；但采用钻孔桩施工则受施工场地的限制相对较小，可以有效避开周边施工区域的建筑物。同时，施工单位采用预应力锚索支护施工技术对软弱施工地层进行施工经验丰富，因此最后经过对比分析，决定采用密排式钻孔灌注桩加预应力锚索进行施工操作，其中一道腰梁一道冠梁，另外增加旋喷注浆孔止水的施工支护方案[2]。

三、软岩地下工程预应力锚索支护结构的设计

（一）软岩地下工程预应力锚索支护结构的计算

该施工工程采用深基坑支档结构计算软件对支护结构的内力进行计算分析，并针对施工的实际情况进行现场施工模拟。第一步主要将土方开挖的深度控制到-3.0米；第二步将预应力锚索设计安装在-2.50米部位处；第三步要继续开挖土坑，使其深度达到基坑底，具体深度为-7.10米。因此，施工设计人员可以结合上述实际的施工工况对该工程的施工内力参数进行计算分析，分别得出该施工工程的最大轴力与最大弯矩。与此同时，对工程结构的抗管涌、抗倾覆以及抗隆起、还有施工结构的总体稳定性进行计算论证[3]，从而保证施工的设计参数科学、正确。

（二）软岩地下工程钻孔灌注桩的设计

在对软岩地下工程的钻孔灌注桩进行设计过程中，技术人员应该结合建筑结构的内力分析计算结果，通过综合考虑施工的经济因素与安全效益，将施工结构的桩直径定为Ф800mm，桩底的标高分别控制在-11.30米以及-12.0米和12.60米左右，或者在设计过程中要确保工程钻孔桩的长度能够满足基坑的实际开挖面要求，当基坑开挖达到强风化岩4.0米或者达到完整中分化岩2.50米的距离时，应该立即终孔施工，确保钻孔桩的中心距为900毫米。在工程基坑的开挖部位布置型号为8Ф25的钢筋，挡土墙的钢筋型号为10Ф22。

（三）软岩地下工程预应力锚索的设计

将预应力锚索设计在工程结构-2.5米处，其最大的倾角为20度，最大间距为@2700毫米。结合该施工设计的具体结果，将锚索部位水平反力参数设计为105KN/m，结合我国软岩地下工程预应力锚索支护施工技术规定，对结构设计的锚杆轴力进行计算：锚杆水平间距2.0m，竖向间距2.0m，α=20°，每肋柱单元选配10个锚孔，锚筋承受的轴向拉力标准值Ngk：Ngk =Tgk/cosα=Tgk/cos20°=361.2/cos20°=384.38 （kN）。此外，为了保证该结构设计安全以及施工稳定，经过专家的研究论证，将该工程结构最终的锚索轴向拉力值设计为700KN，600KN为其锁定值，在设计过程中采用1806级的4束7Ф5钢绞线，将锚孔的具体直径参数设计为Ф150毫米。在灌浆施工过程中注入水灰比为0.45的纯水泥浆液，而工程结构的锚固具体长度设计要结合施工场地的实际施工情况进行科学计算分析[4]。

（四）软岩地下工程止水方案的设计

本工程在实际的施工过程中由于场地中的旧基础密集，因此在施工时采用桩外施工止水技术难度较大，再加上本施工工程的周边施工场地较小，故无法采用大型的施工机械进行施工，考虑到该原因，本工程在实际施工时采用了桩缝注浆止水施工技术方案，此种技术方案主要通过在桩缝间采用液压地质施工钻机进行钻孔施工[5]，注浆孔的具体参数为Ф170毫米，在此施工过程中采用旋喷注浆工艺进行施工，在钻孔时避免超过透水层1.0米的深度。

四、软岩地下工程预应力锚索支护施工技术分析

（一）软岩地下工程预应力锚索支护施工技术难点分析

通过上述施工地质分析以及施工设计方案选择、论证过程可知，该施工工程的施工场地狭窄，而且施工过程中会遇到含水地质层，因此在基坑支护施工过程中会出现旧基础以及众多施工影响因素，从而为该施工工程造成了巨大的影响。所以，经过施工论证评估，施工方认为该施工工程中的主要施工难点为：

首先，施工场地中有大量的大块条石以及旧钢筋砼基础及木桩等，因此对该工程的钻孔灌注桩施工中的钢护筒埋设及钻孔过程造成了很大的影响，如果施工技术人员在实际施工中不能有效避开这些不利因素，则会导致护筒埋设困难、钻孔系数不断扩大及钻孔出现偏斜等施工故障；

其次，在施工过程中由于工程结构会受到木桩以及旧基础的巨大影响，因此导致旋喷注浆孔施工过程中成孔的难度不断增大，而且在某种情况下会对注浆施工效果造成一定影响。

除此之外，在施工过程中，在紧邻商业建筑物一侧进行锚索施工时，会出现不明施工影响物，从而大大增加了预应力锚索施工的技术难度。

（二）软岩地下工程钻孔灌注桩施工技术分析

除了结合常规的围护桩技术进行施工之外，由于本施工工程为软土地质施工工程，因此在施工过程中技术人员重点针对该施工工程的实际特点以及上述施工难点进行了专项施工技术处理[6]。

首先，在施工中，要采用机械方式以及人工方式进行钻孔灌注桩的钢护筒埋设施工，在此过程中需要有效凿除钢筋砼基础，同时需要通过人工作业方式采用挖孔桩设备以及TXB-1000型钻机、吊车等大型施工设备处理不良施工地质层分布的木桩以及条石和块石，确保旧基础的实际埋深深度为5米，如果深度在1米之外，预应力锚索钢护筒应该在原有长度基础上再对其进行焊接加长处理，在此过程中要将钢护筒进行稳固，采用大量优质黏土进行钢护筒的埋设回填作业。再者，由于少数桩在钻进施工过程中会遇到木桩及块石，因此应该采用钻冲结合以及优化泥浆、反复扫孔等作业方式避免在钻孔过程中出现斜孔的情况。

（三）软岩地下工程旋喷注浆孔施工技术分析

在采用旋喷注浆施工技术方式进行施工时，应该严格按照一定的施工流程进行施工，首先应该在桩缝之间通过地质油压钻头进行钻进施工，当钻机进入不透水地质层大约1米的距离后，置入浆液喷注嘴，然后通过钻杆进行注浆施工，边注浆边采用螺旋式提升的作业方式旋喷至注浆孔的孔顶部位，其中要将孔径参数控制在170毫米，注浆压力控制在4-6MPa，水灰比为0.6，旋喷螺旋提升速度为20-25cm/min，孔深应该保持在距强风化岩1米距离处，为了保证施工质量，应该重点对钻孔的垂直度进行控制、调整，将钻孔的垂直误差控制在1%范围之内。

（四）软岩地下工程预应力锚索施工技术分析

在预应力锚索施工过程中，要采用300型的液压地质钻进行钻进成孔作业，注浆时要采用水灰比为0.45的纯水泥浆进行注浆施工，确保浆液搅拌均匀，边搅拌边施工作业，保证在泥浆初凝时水泥浆用尽，确保预应力锚索的施工效果，本工程为软土地质，因此通过二次注浆作业进行施工，在预应力锚索中心放置注浆管，与锚索一同被置入注浆孔，保证在一次注浆过程中锚索端部的距离距注浆管端部有效距离为50毫米-100毫米；在二次注浆施工时，应该在中风化岩层的顶端放置二次注浆管，并将二次注浆管的端头以及出浆部位密封，保证在一次注浆施工时的注浆液不会进入二次施工注浆的注浆管道中。

五、结束语

综上所述，本文主要论述了我国某地一交通道路工程的预应力锚索支护工程设计以及施工技术应用的相关内容，由于该道路施工工程的地质条件较为复杂，因此在施工过程中主要采用冠梁腰挡土墙支护施工以及密排钻孔灌注桩加预应力锚索施工、外加旋喷止水注浆孔进行桩缝止水施工的组合施工技术进行施工，这种施工组合支护结构作为该道路工程的基坑挡土防渗支护体系结构，为道路工程施工的耐久性与安全性提供了良好的技术保障。

参考文献：

[1]马建，孙守增，赵文义，王磊，马勇，刘辉，张伟伟，陈红燕，陈磊，魏雅雯，叶飞.中国隧道工程学术研究综述·2015[J].中国公路学报，2015，v.28；No.14105：1-65.

[2]李向阳，韩立军，杨灵.软岩大断面硐室动态施工与耦合支护技术研究[J].矿冶工程，2014，v.34；No.15501：18-23.

[3]佘诗刚，林鹏.中国岩石工程若干进展与挑战[J].岩石力学与工程学报，2014，v.33；No.28003：433-457.

[4]苗增润.软岩条件下隧道内锚索竖直向上施工关键技术[J].施工技术，2013，v.42；No.38607：71-74+79.

[5]宗义江，韩立军，郜建明.极破碎软岩巷道失稳机理与动态迭加耦合支护技术研究[J].采矿与安全工程学报，2013，v.30；No.10803：355-362.

[6]伍国军，陈卫忠，杨建平，谭贤君.基于软弱夹层损伤破坏模型的软岩巷道支护优化研究[J].岩石力学与工程学报，2011，v.30；No.249S2：4129-4135.

作者简介：赵子瞻（1987-），男，汉族，上海人，硕士学位，副科级职位，中级工程师职称，研究方向：地铁及地下工程。

曹 坤（1988-），男，汉族，江西景德镇人，硕士学位，科员职位，技术员，研究方向：城市道路、公路工程。