软土富水地质建筑基坑工程中型钢复合喷锚+内支撑支护技术应用研究

方俊楠

摘 要：结合重庆市五桂堂历史文化街区项目，深入分析了工程项目场地岩土、水文特点及对工程基坑施工造成的不利影响。通过合理分析场地实际情况，选择型钢复合喷锚+内支撑支护技术方案，并详细分析了基坑开挖、型钢钢架制作与安装、纵向连接筋与钢筋网片安装及喷射混凝土等施工环节技术要点，以期为复杂地质条件下的工程施工提供有益参考。

关键词：复杂地质;基坑工程;型钢复合喷锚;内支撑

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-0-03

Abstract： Combined with the project of wuguitang historical and cultural block in Chongqing， this paper deeply analyzes the geotechnical and hydrological characteristics of the project site and its adverse impact on the construction of foundation pit. By reasonably analyzing the actual situation of the site， reasonably selecting and applying the technical scheme of section steel composite shotcrete anchor + internal support， and analyzing in detail the key construction technical points of foundation pit excavation， fabrication and installation of section steel frame， installation of longitudinal connecting reinforcement and reinforcement mesh， shotcrete and so on， in order to provide useful reference for engineering construction under complex geological conditions.

Keywords： complex geology;foundation pit works;section steel composite shotcrete anchor;inner support

隨着城市建筑工程数量不断增加，建筑工程规模不断扩大，建筑工程基坑周围环境和施工条件日益复杂，对建筑工程施工质量和施工安全提出了更高的要求，不仅要保障基坑建筑施工安全，还应当防范和控制因基坑施工引起的周围构建物、道路、管网等沉降问题。结合重庆市桂堂历史文化街区项目，深入研究软土富水地质条件下型钢复合喷锚和内支撑支护技术在建筑工程中的应用。

1 工程概况

重庆市五桂堂历史文化街区项目总建筑面积为73 873.37 m2，其中地上建筑面积为50 931.07 m2，地下建筑面积为22 941.30 m2，由14栋2～5层建筑组成。该工程主要结构为框架结构，建筑混凝土框架结构等级二级，设计使用年限50年，抗震设防烈度6度。

根据现场探勘结果，该工程处于重庆市商业街区，周围高层建筑物较多。工程西临人民东路，拟建场地与市政道路红线最小距离为18.2 m;南临拟建建涪北路;东临拟建中山东路，拟建建筑距离道路红线最小距离为2.0 m;北为已有高层建筑，建筑距离道路红线最小距离为15.0 m。同时，根据场地岩土勘测资料，该工程场地地形总体呈西高东低走向，地质构造简单，但软土厚度大、地下水位高，给本工程基坑施工造成了一定困难。该工程为钻孔灌注桩基础，持力层为砂岩层，基坑开挖深度为8 m。

2 工程地质与水文条件分析

2.1 工程地质条件分析

拟建场地地貌单元属于丘陵斜坡地貌区，地形呈西高东低走向，地形坡度为10°～20°，局部为陡坎边坡，最高点高程为219 m，最低点高程为175 m，相对高差44 m。同时，沿红线分布存在环境边坡，边坡高度为3～5 m。该工程地质构造简单，无断层或破碎层，无不良地质现象。场地岩土类型主要为杂填土、素填土、粉质黏土、泥岩及砂岩等。基础土层以素填土、粉质黏土为主，岩土层厚度为5～12 m。岩层以泥岩为主。根据岩土勘测结果，施工范围内岩土层主要为杂填土和粉质黏土，稳定性较差。

2.2 水文地质条件分析

涪陵区属于亚热带季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，夏季炎热，冬季多雾，常年平均气温为18.3 ℃，年最大降雨量为1 451.7 mm，最小降雨量为836.5 mm，年平均降雨量为1 104.2 mm，降雨量呈季节分布，以春、夏、秋季为主，冬季仅为6%。自然降雨以5—9月份为主，占全年降雨量的66.1%，且暴雨集中、强度大，年平均日最大降雨量为210.3 mm。受自然降雨补给，拟建场地地下水位主要为上层滞水、孔隙承压水，地下水丰富，水文较高，水文连续性差，无统一的自由水面，水文埋深为0.80～2.75 m，平均水位为1.1 m，且随地形和季节变化而变化。孔隙承压水主要赋存于泥岩层和砂岩层，与周围地下水联系密切，水量丰富，季节性变化规律明显，开挖土方易引起流土、流砂、突涌等问题。

由于该工程基坑开挖深度较浅，基坑开挖范围内主要受上层滞水影响，且该工程杂填土和粉质黏土厚度较大，易在土方开挖工程中出现滑坡、突涌等问题，对工程施工影响较大。同时，该工程基坑周围环境较为复杂，对基坑变形控制要求高。基坑开挖边坡地下管网密布，基坑支护结构施工作业空间狭小，难以采用大型机械作业，导致不能采用排桩、SMW工法桩或地下连续墙等支护结构施工。

3 型钢复合喷锚+内支撑支护技术应用要点

3.1 基坑支护选择与结构设计

考虑到该工程施工实际情况和基坑安全、质量和工期要求，该工程采用型钢复合喷锚和内支撑组合支护结构。该基坑支护结构中，型钢复合喷锚支护墙可兼作基坑支护结构和基坑止水帷幕，并可同时作为通道结构外墙，从而降低基坑工程造价。该支护结构由型钢钢架与复合喷锚组成，不需大型机械设备作业，占用空间小、灵活性高，可根据地质条件和基坑变形情况调整型钢间距和内支撑间距，以有效控制基坑变形。此外，根据基坑开挖施工要求，可通过超前锚管注浆方法对岩土层进行逐层超前加固，有利于稳定基坑土层，防止基坑边皮在侧向滞水补给的情况下出现流砂、滑坡等问题。

根据基坑支护结构方案，该工程基坑支护结构采用midas软件对基坑支护结构进行设计[1]。根据模拟计算结果，采用型钢复合喷锚+内支撑支护技术，基坑最大水平位移为27.6 mm，最大沉降值为30.1 mm，钢支撑最大轴力为567 kN，横向工字钢最大弯矩50.1 kN·m。根据基坑支护结构有限元分析，确定基坑支护方案：①基坑顶部设置800 mm×500 mm钢筋锁口圈，预防和控制基坑沉降问题;②锁口圈顶部设置1 100 mm高、240 mm厚的砖砌防洪圈;③型钢复合喷锚墙厚度为300 mm，型钢钢架工字钢竖向间距750 mm，每榀工字钢间隙采用双层Φ22 mm×300 mm纵向钢筋焊接，纵向连接筋为Φ6.5 mm×150 mm×150 mm钢筋网片连接，焊接并绑扎钢筋网片后，喷射厚度300 mm、强度C20的混凝土;④超前注浆锚管厚度3.5 mmΦ6.5 mm钢管，长度2.5 m，水平间距为0.5 m，沿每榀钢架布设;⑤基坑支撑采用Φ245 mm×8无缝钢管内支撑，钢管水平间距3.6 m，竖向间距为2.25～2.50 m;⑥基坑开挖至坑底后及时封底，封底施工采用双层Φ22 mm×300 mm连接筋按1.1 m间距布设，附加双层Φ6.5 mm×150 mm×150 mm钢筋网片，喷射混凝土厚度300 mm，喷射混凝土施工完成后，对基坑回填注浆，注浆采用水灰比1.0∶0.5的素水泥浆封底，减少基坑施工对基坑土层的扰动作用;⑦基坑封底后，基坑侧壁全段进行回填注浆，以提高基坑边坡稳定性。

3.2 基坑开挖

该工程中，基坑开挖时遵循对称、分区开挖原则，分层厚度为0.5 m。分层开挖过程中严格遵循“先撑后挖、严禁超挖”的原则。土方开挖过程中，按踏步开挖方法开挖[2]，主体建筑开挖至4.5 m后，其他区域开挖至2.0～3.0 m，土方外运车辆沿坡道和土方开挖踏步外运出场地。基坑开挖至7.5 m时，采用人工开挖方式至设计标高，防止超挖、欠挖问题。

3.3 型钢钢架制作与安装

该工程中，虽然单栋建筑物高度较小，但由于建筑物数量较多，受现场施工场地限制和约束，型钢钢架采用场外加工、场内拼装方式制作，制作完成后由人工安装到位。型钢接头采用高强螺栓和连接板连接方式[3]，连接板设置4个高强螺栓孔，通过4套M20×55 mm高强螺栓连接型钢钢架，如图1、图2所示。为确保钢架稳定性，上下层型钢钢架接头相互错开。

3.4 纵向连接筋与钢筋网片安装

钢架安装过程中，纵向连接筋与钢筋网片安装时，连接筋与工字钢采用单面搭接焊接方式，焊接工作由经验丰富的焊接施工人员进行，焊接施工后及时检查焊缝，确保焊缝饱满，无空焊、虚焊等問题。钢筋网片与连接筋采用点焊连接后使用10#镀锌铁丝绑扎牢固。为防止网片在喷射混凝土时发生移位，相邻网片之间增设连接筋[4]。

3.5 超前锚管施工

连接筋和钢筋网片安装完成后，使用超前锚管向基坑边坡内注浆锚固。锚管端部为桩尖形，按500 mm间距对称设置滤水孔，管尖侧焊接钢筋，以此作为超前锚管孔前倒刺和保护块。超前锚管施工前，根据基坑开挖情况人工修坡，并测量定位出锚孔位置。经测量复核锚孔位置后，使用冲击锤将锚管按15°角锤入基坑边坡内，锚入长度应满足工程设计长度要求。锚管钻孔到位后，借助注浆泵向孔内注浆，注浆压强为0.6～0.8 MPa，砂浆水灰比为0.50～0.55，砂浆灌注完成后稳压3～5 min，终压压强为1 MPa。

3.6 喷射混凝土

超前锚管施工完成后，按工程设计要求喷射面层混凝土，混凝土为强度C20的细石混凝土。混凝土配合比经试验确定，如表1所示。掺入适量早强剂，促进面层混凝土初凝。喷锚施工时，喷头垂直于边坡面层1 m喷射混凝土[5]，喷射压强为0.3～0.5 MPa。

3.7 基坑支护效果评价

该工程中，通过基坑施工过程监测与评价，至该工程地下室施工完成并回填施工，基坑最大水平位移为24.5 mm，最大沉降值为26.7 mm，与支护结构模拟结果基本相符。基坑最大变形出现在基坑开挖至设计标高时，基坑封底、基坑喷锚支护后变形趋于稳定。其原因在于：增加锁口圈降低支护结构沉降;土方开挖后及时进行支护结构和内支撑施工，减少岩土层暴露时间;基坑封底后对土体注浆加固处理。根据周围道路、构建物沉降变形监测结果，该工程基坑施工期间，临近筑物最大水平位移为15.6 mm，最大沉降值为10.1 mm。周围道路受基坑施工影响不显著，有力保障了基坑工程施工安全，降低了基坑施工对周围构建物的影响。

4 结语

根据该工程施工实践，在软土富水地质条件下，型钢复合喷锚支护具有显著应用优势，原因在于该技术方案无需大型机械设备施工，尤其适用于临近红线的基坑工程。同时，该支护方案应的支护结构可兼做部分地下室外墙（需做内衬），有效控制工程总价，具有良好的技术效益和经济效益。

参考文献：

[1]田帅.基于midas/gts对基坑环梁内支撑的有限元分析[D].太原：太原理工大学，2018：34.

[2]李忠超，陈仁朋，陈云敏，等.软黏土中某内支撑式深基坑稳定性安全系数分析[J].岩土工程学报，2015（5）：769-775.

[3]韩斌，郑禄璟，王少勇，等.复杂破碎露天边坡的综合加固技术[J].中南大学学报（自然科学版），2013（2）：772-777.

[4]张波.砂卵石基坑喷锚网支护数值模拟研究[D].重庆：重庆大学，2002：45.

[5]林容文.水泥土搅拌桩止水、喷锚网加固支护在狭小场地深基坑中的应用[J].广东建材，2007（7）：84-86.

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