CN1067453C - 基坑边坡平锚喷网支护方法 - Google Patents

Abstract

一种基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是：开挖和支护分层分段平行作业；锚杆孔呈水平分布式布置；人工作业采用洛阳铲成孔；锚杆束制备，锚杆上间隔设置对中锥形滑橇；自封式锚孔全长压力注浆；锚头用井字型钢筋与钢筋网片焊成一体；在钢筋网片上喷射混凝土层。优点是，保证了基坑开挖过程边坡土体的稳定性，减少土体应力重分布及边坡水平位移和垂直沉降，作业灵活，适应性强，适用于各种不同土质情况的深基坑边坡平锚喷网支护。

Description

基坑边坡平锚喷网支护方法

本发明属于基础工程，涉及一种基坑边坡采用平锚喷网支护的方法。

随着高层建筑的迅速发展，深基坑边坡支护技术日益受到工程界的普遍重视。基坑深度往往达到10米以上，甚至20多米，以作为地下车库、仓储、商业、人防工程等项目的使用空间。

传统的基坑边坡支护方法包括：钢板桩，混凝土灌注桩，混凝土连续墙，钢架支撑。在上述传统方法中，除混凝土连续墙外，都必须注重降水工作，须在基坑周围配合以井点降水作业，以降低支挡结构荷载，防止不良地质条件下渗流引起边坡土体的失稳破坏。

58年以后，美国发展了锚拉技术，使传统的支挡护坡方法有所改进。锚拉技术是在支挡结构背面土体中加作下倾预应力锚杆(索)，使悬臂受力的支挡结构增加了受力支点，提高了支护结构的稳定性。国内深基坑支护多采用这种改进后的复合方法：桩锚支护、板锚支护、墙锚支护。有时，也辅以内支撑方法。安全可靠性有所提高，但是改进后的传统方法占用的预先施工工期长、施工占地多，施工噪声大的问题仍难以解决、并且增加了工程造价。特别是在复杂地质条件下，例如淤泥地带，用这种改进的方法进行边坡支护，技术上可能很难实现，即使实现，其应用发展也受到了限制。

72年后，国际上出现了土钉墙支护技术，在铁路公路边坡施工中大量应用。 90年后，国内的插筋补强技术，也在浅基坑支护中开始应用，两种技术和本项技术的原理方法有重大不同，因此，在深基坑支护应用范围上，都受到了限制。近年，中国专利“锚板加筋土结构及其施工方法”(申请号94100288.8)提出由墙面板、锚板和锚筋组成单元体，拼装后填料夯实而成锚板加筋土墙，用于边坡支护。其适用范围仍受到局限。

本发明的目的是，利用坑道开挖喷锚网支护方法和岩体边坡锚固技术，设计采用水平压力注浆锚杆加固土体，在支护边坡面加设与锚杆连成一体的钢筋网，喷射混凝土，形成喷射混凝土板、压力注浆锚杆和土体组合体，使结构整体化，达到深基坑边坡的支护方法具有施工简便、适用性强和安全经济的目的。

本发明的基坑边坡平锚喷网支护方法，是在基坑边坡面上分布式设置锚杆，压力注浆，在边坡面上铺设钢筋网，喷射混凝土层，其特征是：

开挖和支护分层分段平行作业；

锚杆孔呈水平分布式布置；

人工作业采用洛阳铲成孔；

锚杆束制备，锚杆上间隔设置对中锥形滑橇；

自封式锚孔全长压力注浆；

锚头用井字型钢筋与钢筋网片焊成一体；

在钢筋网片上喷射混凝土层。

本发明所说的基坑边坡平锚喷网支护方法，对于不同的土质情况，可采用不同的喷射混凝土和锚孔注浆方法。对于砂层可以进行二次喷射混凝土；对于淤泥质土，可以先挂网喷射，后成孔注浆，并采用二次挤裂注浆；对于滞水严重地区，可以带反滤层塑料管排水；对于多裂隙土层，可以分段注浆。

本发明所说的洛阳铲，在铲柄上设有管箍，铲头上设有套耳。

本发明所说的锚杆束，沿锚杆全长捆扎有排气塑料管，管端绑扎海绵体，锚杆上设有间距200mm、定位在锚杆上的锥形滑橇，锚杆外端套入止浆袋。

本发明的优点是：

平锚喷网支护工作原理是利用水平压力注浆锚杆，藉助其与周围土体的摩擦力和粘聚力，加固土体形成组合体，使土体结构化。在支护坡面加设钢筋网，并将钢筋网和锚头焊接，随即进行混凝土喷射，使喷射混凝土板、压力注浆锚杆和土体组合结构整体化。由于开挖面处的局部土体和深层稳定土体联为一体，使边坡土体获得稳定。

边坡支护施工时，基坑从上到下分层开挖(每层1.5～2.0米)每开挖一层，随即进行打孔锚杆设置，进行开挖面的混凝土网喷作业。随开挖随支护，对于保持土层原有性状，尽量减少土层开挖引起的土体应力重分布，减少边坡水平位移量和垂直沉降量累积，是个重要保证，因而，也保证了基坑开挖过程中边坡的稳定性。

本平锚喷网支护方法在原理方法和应用范围上与国外土钉墙技术及国内插筋补强技术有重大不同：

本项支护方法锚杆为水平分布式布置，和锚钉墙技术倾斜布置锚杆相比，受力合理，水平位移小，深基坑支护超载能力强。

本项方法中钢筋网、锚杆为整体焊接，不采用砂浆抹面而是喷射混凝土层，整体作用强。在随挖随支护施工条件下，与土钉墙插筋补强技术相比，能更有效地保持土体原来性状，最大限度地消除了由于开挖产生的卸荷应力重分布对土体变形的影响。边坡水平位移小，稳定性强。

本项方法采用锚孔全长有压注浆技术，可以使砂浆挤入周围土体，结合更紧密。与土钉墙插筋补强无压灌浆技术相比，锚固力要强，并且有现场实测拉拔试验做保证，支护效果更加稳定可靠。

本项方法不需要井点降水作为施工先决条件，使之在深基坑复杂水文地质条件下可以支护成功。与土钉墙插筋补强技术相比，对深基坑支护可以更有效地应用，更广泛地推广。

本项方法采用轻型机械进行施工，作业灵括，适应性强。在辅以脚手架施工时，特别适合于抢险支护工程。在采用其它支护方法失败时，可以用本技术抢险补救。作业时，沿塌方部位允许不规则清坡，进行土体原位加固。可以减少清土工作量，这是本项技术的特殊优点。

本方法主动支护(加固)土体，并与土体共同工作，具有施工简便、快速、及时、机动、灵活、适用性强，随挖随支，挖完支完，安全经济等特点，其工期一般比传统方法和改良方法短20-60天。即省下全部打桩筑墙等的施工作业时间。工程造价低10～30％。目前支护最大基坑深度已达18米，深度可不受限制。

本发明适用于：

深基坑边坡支护。

高层建筑深基坑支护，可以进行直立边坡支护，在场地特别狭小地段，能严格控制支护施工精度，限制水平位移，使直立边壁直接作为外模板使用。在砂类土为主地区，可以控制边坡水平位移量是基坑深的0.1％以下。

全封闭无井点降水基坑支护。

本基坑支护技术，不必要求在基坑四周进行井点降水作业。在地下水位高或者浅地表有丰富滞留水地区，可以采用全封闭平锚喷网支护阻断渗水。有基坑明排水配合即可。

复杂地质基坑支护。

有砖石杂填土可以采用钢花管压浆技术加固松散土。对于松散垃圾层要提高注浆压力和凝结速度。淤泥质土采用增压注浆、二次挤裂注浆提高锚固力、快速喷射混凝土封闭作业解决。流砂层靠果断阻砂排水快速喷网作业完成支护施工。在土岩混合地层，特别有倾斜岩面时，用锚索锚杆综合技术解决。

复杂地下构筑物基坑支护。

在地面有相邻建筑物，在地下有弃井、古墓、人防工事等，可以用洛阳铲查明位置，避开结构物。对建筑物基础必须加固的，将基础下方的锚杆加长，加密。人防工事阻挡锚固区的，可以做穿墙锚杆解决。对于地下的上水管和下水管道以及电缆，施工要事先查明位置。管道距边壁近的，加做超前锚杆。

基坑工程抢险支护。

支护基坑在采用混凝土桩，混凝土连续墙或锚拉桩倾倒，支护失败时，可采用本项技术进行抢险补救。抢险原则是自上而下清除松土，边清坡边支护。不允许在加固前扰动斜桩，而要沿清好的不规则边坡进行原位加固。抢险支护，在必要时允许倒坡施工以减少开挖量，但要提高支护参数。

以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的描述：

图1是基坑边坡平锚喷网支护方法的施工顺序示意图

图2是基坑边坡平锚喷网支护的锚孔布置图

图3是人工作业使用的洛阳铲的构造示意图

图4是锚杆上设置的锥形滑橇的构造示意图

图5是锚杆上设置的止浆袋的构造示意图

图6是锚孔压力注浆的构造示意图

图7是锚孔挤裂注浆的构造示意图

图8是图7的A-A剖面图

图9是锚头与钢筋网片连接的构造示意图

图10是图9的B-B剖面图

图11是锚索的构造示意图

图12是图11的C-C剖面图

平锚喷网支护设计按滑移线或滑弧理论方法进行。锚杆长度按滑移线以外满足锚固力设计要求确定。这项设计原则与欧美土钉墙设计的允许上部锚杆长度短于边坡滑移线宽度的原则不同，本设计安全度高。如，当取锚固力15-20吨时，可选用φ28螺纹钢。单长锚固力按不同土试验结果取不同值。一般砂类土约为～30KN/M，粘性土～25KN/M，淤泥质土～5KN/M。

对于水平位移要求特别高的情况，还须按边坡水平位移控制设计。

典型平锚喷网支护参数如图2所示，基坑深为15.0米。锚杆排距1.3～1.6m，间距1.2～1.5m，长度9～14m。钢筋网可选φ6或φ8，间距200×200毫米，喷射混凝土厚80～100毫米。

1、开挖与支护分层分段平行作业。(参见图1)

平锚喷网支护不需要事先独立的作业时间，随着分层向下开挖，同时平行进行锚杆与喷网作业。其作业流程是：a，开挖土层；b，水平钻孔；c，送入锚杆束，压力注浆密封，修整坡面，编钢筋网，锚头焊接，喷射速凝混凝土；d，混凝土养护(冬季保温)。在松软地层，可先编网，喷射混凝土，而后钻孔、送锚、注浆，以防刚开挖的坡面塌落。

随开挖随支护，平行穿插进行作业，可以使边坡支护占用的时间大为减少，同时充分保证了施工过程中的边坡土体稳定性。

2、锚杆水平分布式设置(参见图2)。

从力学角度看，平锚比下斜锚杆更有利于滑移块体稳定，并减小了边坡水平位移。本技术由于解决了水平锚杆设置注浆排气难题，使锚杆水平布设成为可能。分布式水平锚杆将边坡不稳定土体通过锚杆和深部稳定区土体联接在一起。

3、人工成孔作业。

成孔作业依地质情况不同，可选用不同作业机具，坚硬残积土、砖石杂填土、风化岩层可以采用冲击钻。对于砂性土、粘性土可采用锚杆机、电动螺旋钻或洛阳铲。但是在地质条件变化较大，地下构筑物或地下管线位置不明情况下，人工成孔作业更能适应。

人工作业机具选用洛阳铲。这种洛阳铲是专为φ100成孔作业特制的(参见图3)。洛阳铲使用时，冲铲可以松土，旋转可以切出圆孔，回带可以出土。作业轻便，工作效率高。凭手感可以查明各种障碍物。使用洛阳铲对于淤泥质土扰动最小，易于成孔。对于流砂，在辅助送入排砂网筒情况下，可以防止流砂塌孔。也可送入φ100塑料套管(或胶管)。注浆时逐步拔出，加压到0.5MPa。图3中，1为管箍，2为套耳。

4、锚杆束制备。

进行锚孔全长压力注浆前，先要制备锚杆束。沿锚杆全长捆扎好排气塑料管。排气管端部需绑扎海绵块，以防止泥砂进入排气管，造成堵塞，使排气不完全。锚杆外端，套入止浆袋，止浆袋里可用弹簧钢丝撑起，外口预留注浆管位置和抽紧扎口线的位置。为使锚杆送入锚孔时处居中位置，在锚杆上每隔2米焊接一个对中锥形滑橇，锥尖指向锚杆里头。(参见图4)。锥形滑撬可以保证在任何土质条件下都能顺利将锚杆送入孔中。图4中，3为锥形滑橇。

止浆袋用帆布或尼纶锦纶丝布缝线扎制，(参见图5)外端为双口，设注浆管插孔4和锚杆插孔5。

5、自封式锚孔全长压力注浆。

采用全锚孔长压力注浆又使锚杆通过握裹砂浆与土面的磨擦力和粘聚力与周围土体组合为一体。

送锚杆进入钻孔后，插入注浆粗塑料管到止浆袋中以进行口部注浆。注浆前，将套在钢筋和塑料注浆管上的引线扎紧。注浆时，注浆压力将止浆袋胀开自动封住孔口。为检查排气情况，将排气管外端插入盛水玻璃瓶中。有水泥浆流出即认为注浆已满。然后注浆加压到0.5MPa，持续恒压补浆5分钟，然后将注浆管弯折扎紧，锚杆作业完毕。(参见图6，6为注浆管，7为排气管，8为止浆袋)。

在锚孔中有水条件下，可以采用锚孔底部注浆方法，边注浆边外拔注浆管，撤至口部再加压注浆。

6、平锚喷网整体联接。

在喷射混凝土前，先将钢筋网片和上层钢筋网焊在一起，并将钢筋网与压力注浆锚杆的锚头用井字型钢筋焊接成为一体。现场焊接工艺保证使喷射混凝土板和压力注浆锚杆的结构整体性。锚杆可以通过焊网传力调节，使薄弱锚杆得到补偿，利于保持喷射混凝土板-锚杆-土体组合体系的整体稳定(参见图9、10，图中，10为锚杆，11为钢筋网，12为井字型钢筋)。

7、喷射嵌固混凝土板。

喷射混凝土的干料靠空压机的空气压力压送。水泥、砂、砾石干料在喷口与水混合，高速喷向开挖土墙表面。高速喷射的混凝土嵌固于土坡上，与土紧密结合，没有空隙。在土层和混凝土板之间不可能产生相对位移。混凝土板与坡面表层土共同工作形成复合材料墙板，由于喷射混凝土板是和锚杆头焊在一起的，它可以看作是多点铰接连续板。板所受到的土体的侧压荷载，可以通过锚杆传力到深部土体稳定区。因此，嵌固板的作用在于，最大限度的保持土体原有性状，减少土体变形扰动。板面所能产生的水平位移，主要是由于锚杆受拉变形和墙板受到土侧压力引起变形造成的。其水平位移量一般不超过基坑深的0.1％，远比传统支挡结构产生的水平位移0.2～0.5％为小。

8、不良地质边坡喷射混凝土和锚孔注浆。

喷射混凝土作业，根据不同土质情况有不同要求。对于砂层要控制喷射速度不能过大。必要时进行二次喷射。第一次要喷射速凝砂浆薄层，第二次再喷射足厚速凝豆石混凝土。为防止成片砂层塌落，须分段开挖，每段长度可以减到3～5米。

对于淤泥和淤泥质土，可先进行挂网喷射混凝土，后成孔注浆。成孔注浆和喷射混凝土二道工序必须紧密相联，不留时间间歇，必要时限制在半小时内完成，并辅以化学注浆，使锚杆砂浆迅速增长强度，锚固力发挥作用。

对于地下潜水位较高或者浅地表滞水严重的地层，一般传统深基坑支护做法是采用井点降水。平锚喷网支护新技术允许全封闭支护，不做井点降水。在水源补给充足，砂层透水性强的地段，本项技术仍可以成功运用。措施是阻沙排水，提高支护参数，及时进行全封闭平锚喷网支护。但在化方地区，还应辅以边壁排水，采用2-5米带反滤层塑料管排出边壁后积水，防止可能产生的冰冻压力作用出现。在强透水层，加做超前锚管，进行压力注浆形成阻水帷幕，以增加渗透途径防止管涌。

在锚孔穿越多裂隙土层地段及松散垃圾层时可采用分段注浆，防止锚孔之间经裂隙空穴串浆。分段注浆时，将止浆袋向锚杆中部移动，加长塑料注浆管(如图6所示)。

在淤泥质土地层，挤裂注浆技术是最有成效的提高锚固力的方法。挤裂注浆分二次进行。制备锚杆时，除仍设注浆管排气管外，同时设置二次注浆管。二次注浆管和锚杆同长，管头加盖，管里端每隔一定距离(如40cm)沿周长开设小孔若干，用橡皮环盖上。送锚入孔后，第一次注浆为口部注浆，锚杆全长注满加压到0.5MPa。待到速凝水泥砂浆终凝并有一定强度之后(10～20小时)，沿二次注浆管进行高压注浆，注浆压力1.5～3.0MPa。二次注浆在高压推动下，砂浆从二次注浆管各排孔中挤出，并将一次注浆砂浆挤裂，继而挤入四周土层当中，使锚杆注浆形成不规则多齿状。挤裂注浆技术可将淤泥质土锚固力从5KN/M提高1～2倍，达到15KN/M，显著提高了锚固效果。运用挤裂注浆技术可以确保平锚喷网技术在淤泥土中成功应用(参见图7、8)，图中，9为二次注浆管，10为锚杆。

9、锚索锚杆综合技术和工艺

在特深基坑、特异地质条件及基坑边有很高的建筑物时，必须采用锚索锚杆综合技术工艺。在有复杂地层如粘性土层、软土层、含水土层和倾斜风化岩石层同时存在的情况下，为确保坑边建筑物安全，减小坑壁位移，可用大吨位长锚索，且须施加预应力。但锚索注浆7天后才能张拉。为不影响继续开挖，则每排锚索中锚索与锚索之间以及排与排之间增加非预应力短锚杆。使短锚杆在锚索张拉之前起支护作用，并将坑壁土体结构化。这样，采用分布式密排锚杆加强了地层整体性，以保证施工过程稳定性。用长锚索打入了更深的稳定土层或者风化岩层，可以确保边坡的稳定性。

锚索制备比锚杆制备工序复杂，主要区别在于锚索制做要分二段。在锚索内锚固段加做对中支架多道，除对中作用外，又可以提高水泥砂浆对锚索的握裹力。在外部锚索自由段，将锚索钢绞线涂上黄油之后套以塑料套管(参见图11、12)图中，13为钢绞线，14为定位支架，15为塑料套管。

施加预应力通过锚索张拉工艺实现。在边坡支护为临时工程条件下，可以整束一次张拉到设计吨位80％。通常采用设计锚索吨位为100吨，张拉可达80吨。

Claims (7)

1、一种基坑边坡平锚喷网支护方法，是在基坑边坡面上分布式设置锚杆压力注浆，在边坡面上喷射混凝土层，其特征是：开挖和支护分层分段平行作业；锚杆孔呈水平分布式布置；人工作业采用洛阳铲成孔；锚杆束制备，锚杆上间隔设置对中锥形滑橇；自封式锚孔全长压力注浆；锚头用井字型钢筋与钢筋网片焊成一体；在钢筋网片上喷射混凝土层。

2、如权利要求1所述的基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是，对于砂层可以进行二次喷射混凝土。

3、如权利要求1所述的基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是，对于淤泥质土，可以先挂网喷射，后成孔注浆，采用挤裂注浆。

4、如权利要求1所述的基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是，对于滞水严重地区，可以带反滤层塑料管排水。

5、如权利要求1所述的基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是，对于多裂隙土层，可以分段注浆。

6、如权利要求1所述的基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是，洛阳铲是在铲柄上设有管箍，铲头上设有套耳。

7、如权利要求1所述的基坑边坡平锚喷网支护方法，其特征是，锚杆束的构造是沿锚杆全长捆扎有排气塑料管，管端绑扎海绵体，锚杆上设有间距200mm、定位在锚杆上的锥形滑橇，锚杆外端套入止浆袋。

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