钢筋混凝土支护桩和锚喷支护在道路施工中的结合与应用

张大永

（北京正远监理咨询有限公司，北京 101500）

0 引言

随着中国城市的快速发展，近几年来，城市地下综合管线、管廊工程迎来了大规模的建设时期。老旧管线的综合改造，新城区地下综合管廊的新建，在基坑开挖过程中，应用了许多新工艺、新技术，形成了完整的、安全稳定的支护结构体系。如素喷混凝土、挂网喷射混凝土、锚杆（锚索）挂网喷射混凝土、钢板桩、钢筋混凝土桩等施工技术都在基坑支护中得到了很好的应用。

1 工程概况

北京市密云区顺潮街（京承高速顺密路立交—新东路）道路工程位于密云新城南部密云生态商务区范围内。顺潮街起点为京承高速顺密路立交，终点为新东路，全长约3.54km；为一级公路，按照城市主干路标准设计，设计速度50km/h，红线宽50～55m，主路双向四车道。为满足现况路面排水及远期的城市规划，顺潮街道路工程设计四套雨水系统，雨水管道总长约6517m，模块式雨水方沟占雨水管道总量的60%；其中，雨水系统四为（圣水泉路—顺密路—潮河）新建D500～2 口2800mm × 2100mm 雨水方沟和2 口3500mm × 2100mm～2 口3800mm × 2100mm。 2 口3500mm×2100mm～2 口3800mm×2100mm 雨水方沟位于顺密路现况路北幅并下穿京承高速宁村桥，方沟埋深4.5～5.0m，施工方案为不断路占路施工，沟槽开挖支护加固方案为钢筋混凝土支护桩和锚喷支护结合应用，设计长度为60m。

地勘地质条件：勘察钻探深度范围内（10.0m）未见地下水，地层第一层为旧路路面结构层，第二层及以下均为密实的砂卵石层。

根据工程地质条件及施工安全验算确定钢筋混凝土支护桩为D500mm 桩，桩长6000mm，桩间距3000mm；锚喷支护为C20 混凝土，厚度100mm，混凝土内设Φ6@200mm×200mm 钢筋网片，锚杆为HRB40016 钢筋锚杆。

2 施工工艺组织及安排

测量放线—钢筋混凝土支护桩施工—冠梁（锁口梁）施工—挡水墙施工—管沟第一步开挖（挂网喷射混凝土）—第一步横向支撑梁安装—管沟第二步开挖（挂网喷射混凝土）—第二步支撑梁安装—封底。

2.1 钢筋混凝土支护桩施工

钢筋混凝土支护桩，基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。

2.1.1 测量放线，确定桩位

根据图纸设计确定管沟的中心线，根据管沟的基础宽度确定开挖线，沿开挖线确定支护桩桩位。

2.1.2 桩基成孔

桩基成孔的方式有多种，如干作业成孔、泥浆护壁成孔、套管成孔等。若工程条件允许，选择干作业成孔的施工方式会大大降低工程成本，更加环保，桩的质量也会得到有效保障。根据工程的桩设计直径和深度，以及地质条件可采用LQ150 旋挖机（最大成孔直径可达1.0m，深度达10m）成孔。但由于该工程下穿京承高速桥，作业净空不足8m，无法采用旋挖机成孔，经工艺试验后采用小型反铲挖掘机挖孔。由于挖掘机在挖孔过程中对孔周边土扰动较大，所以在挖掘机挖掘成孔后，及时将预制好的桩模安装完成（采用HDPE 双壁波纹管）。在挖掘机挖孔过程中，严格控制孔的竖直度，将对周边土的扰动控制在最小的范围内，待桩模安装后及时对桩周边土进行回填并压实。

2.1.3 钢筋绑扎及安装

根据工程的实际条件预先制作钢筋笼。在制作好的钢筋笼最外侧绑扎混凝土垫块，采用小型吊装机具将钢筋笼吊装入模。

2.1.4 混凝土浇筑

支护桩采用C25 商品混凝土。混凝土入模分层浇筑并采用振捣棒分层振捣，分层厚度不超过50cm，浇筑混凝土高度与模板齐平，混凝土自然养护。

2.2 冠梁（锁口圈梁）施工

冠梁是将支护结构中桩头锁口，使悬臂桩体在桩头形成弹性约束，加大桩身水平刚度。根据工程的实际情况，冠梁采用600mm×900mm 的C30 钢筋混凝土冠梁。在冠梁施工过程中，每隔5m 的位置预埋横向支撑梁的钢板，钢板采用300mm×270mm×10mm。

2.3 挡水墙施工

为确保在管沟施工期间雨水及外部水不灌入沟槽，在混凝土锁口圈梁处修建挡水墙。挡水墙可根据工程实际环境进行修建，该工程采用模块混凝土（C15）挡水墙，墙宽200mm，高600mm。

2.4 管沟开挖及侧壁锚喷混凝土支护

2.4.1 土方开挖

管沟槽的开挖应根据工程所处的环境选择适宜的开挖方法和机械。该工程采用单斗反铲挖掘机机械开挖、自卸车出土的方法，在第一步开挖时预留“马道”。在管沟基坑开挖过程中，根据锚喷混凝土支护施工技术规范与质量要求，在平面分段及竖向分层的开挖方式下，及时进行锚喷支护。根据实际情况采用全段落分层开挖的方式，分层高度为第一层3m，第二层2.2m，分层原则为在确保安全的情况下，满足小型机械开挖和运输。在第一步开挖时，沟槽两侧需开挖至支护桩基本完全露出，为第二道纵向支撑梁施工做好基础。管沟开挖土方及时运出沟槽，严禁在沟槽两侧堆土。

2.4.2 锚喷混凝土支护

喷射混凝土是利用高压空气，将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机与高压水混合，喷射到岩面上，迅速凝结而成的。锚喷支护式喷射混凝土是锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。

锚喷混凝土支护结构能及时支护，有效地控制围岩的变形，防止开挖面石块坠落和坍塌，充分发挥土体的自承能力；锚喷混凝土能及时支护和加固土体并且较好地与土体密贴，封闭土体的张性裂隙和节理，加固土体结构面，有效地发挥和利用土体间的镶嵌、咬合和自锁作用，提高土体自身的强度、自承能力和整体性。由于锚喷支护结构柔性好，所以能同土体共同变形，构成一个共同工作的承载体系。在变形过程中，调整土体应力，抑制土体变形的发展，避免坍塌的产生，防止过大的松散压力出现。在该工程的实施过程中，采用锚杆、钢筋网喷射混凝土的辅助支护方式。锚喷混凝土的施工要严格控制混凝土的原材料，验证施工工艺，工后质量验收应符合厚度及强度的要求。

（1）喷射混凝土的原材料使用要求

（a）水泥：优先选用硅酸水泥或普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山质硅酸盐水泥，必要时采用特种水泥，水泥强度等级不低于32.5MPa。该工程采用普通硅酸盐42.5 水泥。

（b）砂：采用坚硬耐久的中砂，并且细度模数宜为2.3～2.5。

（c）骨料：采用坚硬耐久的碎石，并且公称粒径宜为12～15mm。

（d）外加剂：速凝剂（初凝不大于5min，终凝不大于10min）。

（e）水：符合工程用水的有关标准，水中不含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。

（2）施工方法：采用湿喷法（湿喷混凝土坍落度宜控制在80～120mm），混凝土喷射厚度为100mm，混凝土强度为C20。

（a）初喷：初喷紧跟开挖后进行，喷射作业分段分片依次进行，喷射顺序自下而上进行，喷射厚度为50mm，喷射机的工作风压满足喷头处的压力在0.1MPa 左右，喷头与受喷面垂直，宜保持0.6～1m 的距离，喷射混凝土的回弹率宜控制在15%以内。

（b）锚杆安装：锚杆采用HRB40016 钢筋锚杆，布置间距为1.5m×1.5m，锚杆的安装角度为10，锚杆长度为1.8m。锚杆安装在初喷混凝土施工完成后3h（初喷混凝土完全终凝）开始施工。

（c）挂钢筋网：钢筋网采用HPB300Φ6@200mm×200mm 钢筋网，网片的搭接长度不小于300mm，钢筋网与初喷混凝土的保护层厚度为30mm。钢筋网与锚杆或其他锚定装置连接牢固，在喷射混凝土过程中钢筋不得晃动。

（d）复喷：锚杆与钢筋网安装施工完成后，对初喷混凝土的表面进行湿润即可进行复喷混凝土的施工。复喷厚度为50mm，施工工艺与质量控制与初喷混凝土控制相同。

（e）养护：喷射混凝土复喷完成后，对混凝土进行养护，养护时间不少于3d，混凝土强度达到设计强度的75%后，方可进行沟槽的下一步开挖施工。

（f）质量控制：厚度可采用凿孔法或钻孔取芯法进行检测，每100m不少于3 个点，合格率控制在90%以上，厚度的平均值不小于设计厚度值，最小值不小于设计厚度值的90%。

在实际施工中，一般不能保证喷射混凝土的养护时间。受多种因素的影响，往往在二次喷射混凝土完成后，后续的施工就已经随之开展。为确保喷射混凝土的强度，在施工过程中必须控制施工配合比，严格按试喷的工艺执行。同时在喷射混凝土过程中，制作同条件试块以验证施工的黏结强度和抗压强度（也可采用取芯法验证）。

2.5 水平支撑梁施工

水平支撑梁能有效抵消被支撑构件在水平方向的内力，加强构件在水平方向的抗力和变形能力，提高支护结构的整体稳定性和强度。

在该工程中，水平支撑梁采用双拼工18 进行支撑。根据工程的实际情况，水平支撑梁可在初喷完成后或复喷完成后进行安装，双拼工18 与锁口圈梁预留钢板满焊连接。

2.6 第二道连系梁施工

根据工程的实际情况及开挖沟槽的深度、开挖侧壁的稳定等各种因素，对开挖及支撑均采用分层、分步的施工方法。该工程开挖分两步，支撑梁设置两道。在第一步开挖、锚喷支护及第一道支撑梁安装完成后，进行第二道连系梁的施工。连系梁混凝土施工完成后应及时进行养护，混凝土强度不小于设计强度的75%后，方可进行管沟的第二步开挖。

2.7 第二步开挖锚喷支护及横向支撑梁施工

沟槽的第二步开挖应根据作业的空间，选择较适宜的开挖机械和出渣车辆。在土方开挖过程中，严禁机械设备对已经完成的侧壁支护及横向支撑梁扰动，若出现破坏应及时停止施工，并做好破坏处的修复。第二步土方侧壁开挖面的深度可小于第一步开挖的深度，保证喷射混凝土的厚度；开挖的速度不宜过快，应和后续初喷混凝土的进度相协调，避免开挖后侧壁不稳定面长时间暴露。第二步开挖为一次开挖到方沟基础的垫层底面，根据现场施工的情况及各工作的协调情况，在开挖及喷射混凝土的过程中，即可进行第二道横向支撑梁的施工，支撑梁与第一道横向支撑梁施工工法一致。

2.8 封底混凝土施工

封底混凝土工程是桥梁，特别是大江大河中的大跨径桥梁施工中常用的一项工程，大多属于施工封水、创造水中施工环境的一种手段，而非结构组成部分。目前，封底混凝土施工在沉井施工、大型基坑开挖支护中也得到了广泛的应用，封底混凝土不但能有效地封闭地下水，还能有效地预防由于开挖后基底面的隆起而对侧壁支护结构带来的拉力破坏。封底混凝土施工的最大优点为更早使支护结构形成整体，提高支护结构的整体稳定性和支护强度。

该工程的管沟基础开挖后，现状土体较稳定，沟底无渗水现象，故在第二步管沟开挖时，即一次开挖至基础底100mm 处。在管沟侧壁喷射混凝土时，同时对基础底进行混凝土喷射，混凝土喷射厚度为100mm，喷射的混凝土可作为工程的基础垫层使用。对于基底的混凝土喷射可根据工程的实际需要，选择在喷射混凝土时增加钢筋网，钢筋网可做一层或多层。采用喷射混凝土进行封底的施工，可随管沟开挖和侧壁喷锚支护同时进行，使侧壁支护更快闭合成环，对工程的施工安全起到很大的保障作用。在该工程中，基础喷射混凝土为厚度100mm 的素混凝土，只作为基础垫层，在基础垫层施工完成并混凝土达到终凝后，在上面铺设基础钢筋并完成基础混凝土的浇筑。基础混凝土施工在基础的纵向两侧不再支搭模板，基础混凝土要一次浇筑到侧壁支护结构面并形成良好的密贴。

3 结语

钢筋混凝土支护桩的支护结构在目前的工程施工中得到了广泛的应用，不但可用于基坑、基槽，同时还可用于地基承载力不足的地基加固。喷射混凝土、挂网喷射混凝土在处理风化、破碎的边坡时都得到了很好的应用。根据工程的地质情况，增加锚杆有效地提高了边坡体的整体稳定性。根据边坡体的地质特性及施工的工期及各种因素，考虑增加注浆锚杆，对周边土体进行注浆加固，更加有效地增强边坡体的整体强度，从而提高施工过程的安全性。钢筋混凝土支护桩和锚喷结合的支护同时解决了支护结构的强度和边坡稳定性的安全问题，钢筋混凝土支护桩抵御基坑、基槽周边土体的静荷载及其所传达的动荷载，锚喷支护保证了钢筋混凝土支护桩周边土体的整体稳定，同时还起到一定的防水作用，二者的结合应用使工程在安全的前提下顺利开展，但增加了工程的施工成本。所以，在考虑钢筋混凝土支护桩支护和锚喷支护的结合应用时，应做好充分的设计，桩径、桩距及锚喷的结构形式都对成本有很大的影响，在确保安全施工的前提下还应有效地降低施工成本。