边坡喷锚.docx

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边坡喷锚

随着我国经济建设的迅猛发展，各个城市的大型和超高层建筑大量涌现。

迄今为止，全国高度超过200米的超高层建筑已达20余幢。

基坑工程呈现出紧（场地紧凑）、近（工程距离近）、深（越来越深）、大（规模和尺寸大）等特点。

目前国内高层建筑地下室最深的福州新世纪大厦地下六层，深度为—26.2m.即将建成的国家大剧院，地下室为三层，基坑深度达—32.5m.深基础施工是大型和高层建筑施工中极其重要的环节，而深基坑支护结构技术无疑是保证深基础顺利施工的关键。

　　深基坑的衡量标准，国外有的把深度20ft（约6.1m）作为深基坑的界限，我国的施工及验收规范对深基坑未作明确的界定。

按照山东省《建筑施工现场管理标准》，深基坑是指开挖深度超过5m或地下室三层以上，或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。

　　基坑支护设计与施工要综合考虑工程地质与水文条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素。

基坑支护施工控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制、防止基坑隆起、管涌与流砂等险情，并要根据地质、环境因素的变化适时地调整支护方案。

　　深基坑支护的基本要求：

（1）技术先进，结构简单，受力可靠，确保基坑围护体系能起到挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定。

（2）确保基坑四周相邻建（构）筑物，地下管线、道路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害。

（3）通过排水、降水、截水等措施，使基础施工在地下水位以上进行。

（4）经济上合理，保护环境，保证施工安全。

　　深基坑支护的基本要求：

（1）技术先进，结构简单，受力可靠，确保基坑围护体系能起到挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定。

（2）确保基坑四周相邻建（构）筑物、地下管线、道路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害。

（3）通过排水、降水、截水等措施，使基础施工在地下水位以上进行。

（4）经济上合理，保护环境，保证施工安全。

　　深基坑支护结构的主要作用是挡土，使基坑在开挖和基础施工的全过程中能安全顺利地进行，并保证对临近建筑和周边环境不产生危害。

目前国内深基坑支护技术有：

地下连续墙排柱支护、水泥搅拌柱、土钉墙及复合土钉墙、喷锚网支护、逆作法与半逆作法施工、环形支护结构等等。

实践中根据土质条件、基坑深度、地下水情况等，结合不同支护方式的优缺点，选择经济合理的方案。

　　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、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，特别是在不良地质条件下，国内外已进行了广泛而成功的应用。

喷锚网支护，是通过在岩土体内施工一定长度和分布的锚杆，与岩土体共同作用形成复合体，弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用，使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥，保证边坡的稳定。

坡面设置钢筋网喷射混凝土，起到约束坡面变形的作用，使整个坡面形成一个整体。

其施工的工艺流程为：

开挖土石方、修坡→钻孔→锚杆（索）安装→压力注浆→挂设钢筋网→焊加强筋→喷射混凝土→（锚索预应力张拉、锚固）→开挖下层。

对不稳定土层，开挖修坡后，还应增加喷射第一次混凝土。

　　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。

　采用喷锚网支护的主要特点是：

结构简单，承载力高，安全可靠：

可用于多种土层，适应性强；施工机具简单、施工灵活，污染小，噪声低，对周围环境的影响小；可与土方开挖同步进行，不占用绝对工期：

本身不需要打桩，支护费用相对较低。

　　1工程实例

　　我公司监理的某工程项目，由A、B、C三座超高层（最高58层）及裙房组成，建筑面积22万？

O，地下三层，每层面积1.7万？

O，基坑深16m，基坑周边长约550m.建设基地位于城市主干道南侧，东、南、西侧既有建筑，场地放坡空间有限。

基坑边坡岩土性自上而下基本为填土层、淤泥质粘土、残积土、全风化岩、强风化岩、中风化岩。

稳定水位埋深1.35m～2.45m.根据岩土工程勘察资料，经计算并结合类似工程经验，施工单位选用了喷锚网支护方式。

锚杆自上而下共7排，孔径110mm，第2、3，4层锚杆采用预应力锚索2①s15.24，其余为直径为25螺纹钢，锚杆用压浆袋封孔压力注浆。

锚杆尾部设横向加强筋，而层挂钢筋网直径为6.5？

？

250，喷射混凝土C20平均厚10cm.对直立开挖部分，开挖前打设水泥搅拌桩，桩底打至风化岩。

　　2监理依据

　　建筑工程施工质量验收统一标准GB503002001；建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202－2002；锚杆喷射混凝土支护技术规程GB50086－2001；建筑边坡工程技术规范GB50330－2002；建筑基坑支护技术规程JGJ120－99；高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6－99.

　　3监理控制要点

　　3.1要十分重视地质勘察工作

　　监理工程师要认真阅读工程的地质勘察报告，了解基坑开挖所在地的地形、地貌和地质特点，分析可能导致边坡土体滑坡的各种因素，对影响边坡稳定性的关键地段、重要地层和土质指标做到心中有数。

由于地质勘察资料不一定很详细而且可能与实际情况有出入，监理工程师在基坑开挖中还要经常对比现场的地质情况，与地质报告差异很大时要及时告知建设单位，由建设单位通知勘察和设计单位，查看是否需要调整方案。

　　3.2设计方案必须经过技术论证

　　建筑物的设计一般由正规设计单位负责，支护工程往往被认为是施工措施的一部分而不包含在施工图设计之内，由具备设计资质的支护施工单位白行设计或施工单位委托其他单位设计。

由于基坑支护是一门很复杂的技术，如果搞基坑设计人员的经验不足，很容易造成设计考虑不周。

因此，要求施工单位聘请有丰富经验的专家进行设计、施工方案的评审，以使有效降低基坑支护的风险，防止安全事故的发生。

　　3.3确保基坑支护的施工质量

　　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，监理工程师必须严格把关，确保施工质量。

（1）严格按设计方案组织施工。

工程施工前，有关人员应熟悉地质资料、设计图纸及周围环境，降水系统应确保正常工作，必须的施工设备正常运转。

施工单位在施工过程中不得随意改变锚杆位置、长度、型号、数量，钢筋网间距，加强筋范围，放坡系数等。

设计方案变更时必须重新经专家评审。

（2）核验水准点及坐标控制点的正确性和保护措施。

审查施工单位的水平及竖向施工放线是否正确，开挖过程中监理工程师要随时对基坑的开挖尺寸、水平标高和边坡坡度进行检查，随时注意基坑的变化。

　　（3）坚持见证取样制度，对进场材料严格

把关。

施工单位进场的水泥、钢筋、钢铰线、砂子、石子、掺加剂等必须按规定报验，“两证一单”齐全，并见证取样送检。

　　（4）做好隐蔽工程验收。

施工过程中，监理工程师应对锚杆位置、钻孔直径、深度及角度、锚杆插入长度，注浆配比、压力及注浆量，喷锚墙面厚度及强度，锚杆应力等进行检查，按规定留置混凝土试块、水泥浆试块，旁站监理锚杆抗拔力实验。

　　采用机械开挖时，应预留0.3m～0.4m，人工铲除修整坡面，尽量减少边坡超挖和扰动边坡土体，使之表面平整，坡角符合设计要求。

　　钢筋网的钢筋直径和间距要符合设计要求，钢筋网绑扎随开挖分层进行时，搭接长度要符合要求，一般为一个网格边长。

　　锚杆钻孔应按设计倾角和孔深进行。

当钻孔遇到障碍物无法钻进时，允许改变钻孔方向：

当土层为软土时允许加大倾角，强锚杆打入有利的土层中：

当钻孔深度不能满足要求时，应在该孔的左右或下方按锚杆抗拔力等同的原则补强。

　　钻孔结束后，应将孔内松土、泥浆等清除干净，方可送入锚杆。

下锚杆时，应把注浆管、锚杆和止浆袋一起放入孔内。

注浆要严格控制配合比，并根据注浆情况多次注浆，以保证浆液充满孔壁，使锚杆具有较高的抗拔力。

锚杆孔内锚固体强度达到设计强度的70％以上且不小于3天，方可开挖下—层土方。

　　喷射混凝土要按设计配合比搅拌均匀，垂直作业面尽量从底部逐步向上部施喷，混凝土厚度要符合设计要求，每500/O喷射面留置试块一组，每组不小于3块。

　　（5）基坑支护单位要与挖土单位紧密配合。

遵循时空效应原则，土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，减少开挖过程中土体的扰动范围，缩短基坑开挖卸荷后无支撑的暴露时间，对称开挖，均衡开挖，合理利用土体自身在开挖过程中控制位移的能力。

基坑开挖过程中，应采取措施防止碰撞支护结构、工程桩或挠动基底原状土。

发生异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因和采取措施，方可继续挖土。

基坑开挖过程中需要放炮时，监理工程师要审查施工单位的专项爆破施工资质，审查经专家评审的爆破施工方案，严格按方案控制装药量和每次放炮数量，防止爆破震动、飞石和冲击波破坏边坡的稳定性。

　　（6）基坑开挖完成后，应提醒建设单位尽快组织勘察、设计、质监、监理、施工等部门进行验槽，及早开始地下结构工程的施工，严禁基坑长时间暴露。

基坑回填前，支护层不能破坏，特别是坡脚部分。

　　3.4注意地下水或水患的影响

　　水患无穷，很多支护事故都是水的影响造成的。

在基坑开挖过程中，土层滞水、砂土中的微承压水、裂隙水、承压水、管道漏水、地面排水、雨水等处理不当，都会给边坡支护和周围建筑、管线带来危害。

　　在选择地下水的处理方式时，要根据工程地质和水文条件及周围环境，决定采取降水还是防渗措施，以免引起地面沉降，给周边建筑及管线造成破坏。

　　基坑边界周围地面应设排水沟，且应避免漏水、渗水进入坑内；放坡开挖时，应对坡顶、

　　坡面、坡脚采取降排水措施。

　　地下管道漏水，极易造成边坡失稳。

在基坑开挖过程中，监理工程师如发现地下管道有漏水现象，应要求施工单位及时采取措施，如使地下管道改道，对漏水管道进行修补、防渗、将漏水及时导出等，防止边坡含水量过大引起滑波。

　　3.5推行信息化施工

　　信息化施工包括预

测、信息采集与反馈、控制与决策等方面的内容。

由于深基坑开挖过程中，边坡稳定存在很多潜在的危险和破坏的突然性，地下工程受各种水文、地质、雨水等复杂条件的影响，特别在基坑旁有基础埋置较浅的建筑，或有重要的地下电缆和市政管线，很难从理论上预估出现的问题。

因此，必须加强观测，进行信息化施工，根据土层位移的时空效应，及时掌握土体变形特性、边坡的稳定状态和支护效果，发现异常情况及时采取措施，预防边坡失稳和周围建筑沉降等事故发生。

　　基坑工程监测项目包括：

支护结构水平位移；周围建筑物、地下管线变形；地下水位；桩、墙内力；锚杆拉力；支撑轴力；立柱变形；土体分层竖向位移；支护结构界面上侧向压力等。

位移观测基准点数量不应少于两点，且应设在影响范围以外。

　　监测项目在基坑开挖前应测得初始值，且不应少于两次。

各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。

当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数；当有事故征兆时，应连续监测。

基坑开挖监测过程中，检测单位应根据设计要求提交阶段性监测结果报告，工程结束时应提交完整的监测报告。

　　3.6加强对基坑的管理

　　基坑设计与施工一般情况下都没有问题，但在运行管理期间，施工单位在基坑周边附近堆放重物超载、施工过程破坏了边坡整体面或基坑周边来回跑车时，也极易造成基坑失稳事故。

因此，支护完毕后，应要求支护施工单位与总承包单位办理阶段验收和文字移交手续，将基坑支护情况、监测结果、注意事项等书面转交总包单位，同时要求继续委托有资质的检测单位加强监测，以便出现问题时界定责任

因本工程地质较复杂,锚杆通过旋喷桩、粘土及砂土,通过旋喷桩、粘土层时容易堵管,而通过砂土时极容易塌孔。

经比较,采用等同锚杆直径的套管跟进,压水钻进的方法钻孔,钻进时压力水从钻管流向孔底。

营业楼锚杆施工方案

海南商业广场基坑位于海口市中心区,东面有海台大厦、四层办公楼,西面临南宝路,北面临海秀路,南面较空。

基坑开挖深度10m,长153m,宽77m。

土层力学指标如表1所示。

基坑护壁采用桩、锚结构,旋喷桩封水。

大体上分四个单元,设计参数如表2所示。

基坑四周设有高压旋喷止水桩,桩径Φ650mm,桩长13.5m。

锚索孔径Φ130mm,角度20°,东面锚索距地面高度分别为3.1m,6.1m,4.1m,6.6m;南、西、北三面锚索距地面高度分别为3.1m,6.1m。

一、锚杆施工

1.锚杆施工流程

确定孔位→钻孔就位→调整角度→钻孔→清孔→安装锚索→一次注浆→二次补浆→施工锚索腰梁→张拉→锚头锁定→割除锚头多余钢铰线,对锚头进行保护。

2.确定孔位

钻孔位置直接影响锚杆的安装质量和力学效果,因此,钻孔前应由技术人员按设计要求定出孔位,标注醒目的标志,不可由钻机机长目测定位。

3.调整钻杆角度

钻孔就位后,由机长调整钻杆钻进角度,并经现场技术人员用量角仪检查合格后,才可正式开钻。

另外,要特别注意检查钻杆左右倾斜度。

因本工程第一道锚杆均为一桩一锚,水平间距才1米,钻孔过大的左右倾斜度会导致相邻两根锚杆锚固体的间距变小,出现应力集中,影响锚固效果,入射角允许偏差±2°。

4.钻孔

因本工程地质较复杂,锚杆通过旋喷桩、粘土及砂土,通过旋喷桩、粘土层时容易堵管,而通过砂土时极容易塌孔。

经比较,采用等同锚杆直径的套管跟进,压水钻进的方法钻孔,钻进时压力水从钻管流向孔底,在一定水头压力下,水流携带钻削下来的土屑排出孔外,钻进时要不断供水冲洗,包括接长钻管和暂时停机,而且要始终保持孔口水位,若发现不能压水进去,说明已堵管,应拔出钻管,把粘土塞取出,再继续钻进。

待钻进至规定深度（钻孔深度大于锚杆长度0.5m）,钻机继续旋转,并压水冲洗残留在孔中的土屑,直到流出的水不浑浊为止。

此时应安插锚索,并立即注浆。

5.锚索的制作与安装

（1）每根钢铰线的下料长度=锚杆设计长度+腰梁的宽度+锚索张拉时端部最小长度（与选用的千斤顶有关）。

本工程为:

下料长度=锚杆设计长度+1.1m。

（2）钢铰线自由段部分应满涂黄油,并套入塑料管,两端绑牢,以保证自由段的钢铰线能伸缩自由。

（3）捆扎钢铰线隔离架沿锚杆长度方向每隔1.5m设置一个。

（4）锚索的安插

锚索加工完成,经检查合格后,安装前小心运至孔口。

入孔前将4"镀锌管（作注浆管）平行并入一起,然后将锚索与注浆管同步送入孔内,直到孔口外端剩1.1m为止。

如发现锚索安插人管内困难,说明钻管内有粘土堵管,不要再继续用力插入,使钢铰线与隔离架松散,而应把钻管拔出,清除出钻孔内的粘土,重新在厚位钻孔到位。

6.注浆

（1）本工程采用边注浆边拔管的注浆方法,拔管比注浆迟后不小于5m。

（2）采用425。

普通硅酸盐水泥配制水泥浆,水灰比控制在0.4~0.45,注浆压力控制在0.4~0.6Mpa,直到孔口溢出浆。

此时就把钻管全部拨出,注浆管不拔。

（3）接着用水泥袋湿粘土加钢板封口,并严密堵实,以0.4~0.6Mpa稳压注浆5分钟,才拔出注浆管。

（4）注浆量要大于其理论计算量的1.2倍。

本工程所有锚杆的注浆量均大于1.25倍。

7.锚索张拉与锁定

（1）张拉前首先处理好腰梁表面锚索孔口使其平整,避免张拉应力集中,加垫-200×200×8的钢板,用60KN的拉力进行预拉。

（2）张拉时,锚固体的强度应达到l5Mpa（以试块试压为依据）。

（3）考虑到设计要求张拉荷载要达到设计拉力,而锁定荷载为设计拉力的85%,因此张拉时的锚头处不放锁片,张拉荷载达设计拉力后,卸荷到0,再锚头安插锁片,才张拉到锁定荷载。

（4）张拉过程中,按照设计要求张拉荷载分级及观测时间进行,每级加荷等级观测时间内,测读锚头位移不应少于3次。

当张拉等级达到设计拉力时,保持10分钟（砂土）至15分钟（粘性土,在观测时间内测读锚头位移）3次,每次测读位移值不大于1mm才算变位趋于稳定,否则继续观察其变位趋于稳定方可。

（5）考虑到相邻锚杆的水平间距才1m,锚杆张拉对邻近锚杆有影响,因此本工程采用"跳张法"的张拉顺序进行张拉。

二、钻杆施工引起地面塌陷的分析

第一排锚杆钻孔时,出现有涌水、涌砂、孔口塌孔,引起地面塌陷。

分析认为,以下几点是主要原因:

（1）坑内降水,坑外封水,使坑外水位明显高于坑内水位,坑外砂土本身饱和水易流动所引起。

在锚杆施工过程中,我们发现这个问题后,曾要求建设方及监理方同意在基坑南边设置5个坑外降水井（因南边距建筑物约有40m）,不被采纳。

（2）第一排锚索孔口在人工填砂与淤泥质粘土层交界面处,因人工填砂层,结构松散,未完成自重固结,而且滞水,淤泥质粘土透水性差,使其交界面水量较丰富,导致钻孔时涌水、涌砂,孔口塌孔,给施工中造成一定的困难。

碰到这个问题后,建议设计院把第一排锚索孔口标高降低0.3m,设计院有关人员经现场观察后,采纳我方意见。

（3）边注浆边拔管的注浆工艺加剧了涌砂现象。

从地层结构可知,锚索孔均穿过粘土层,钻孔时极容易被粘土塞堵管,为实现边注浆边拔管的注浆工艺,有时须把第一次钻进后将钻管拔出处理掉钻管内的粘土塞,然后进行二次钻进。

两次钻进使孔壁受到重复扰动,增加了涌砂的机会。

（4）锚索孔直径较大（Φ130mm）,在砂层中不易成孔,塌孔、涌砂也会引起地面塌陷。

三、对桩锚支护结构设计的讨论

桩锚结构中桩是抗弯构件,锚索是抗拉构件。

桩是基坑开挖前设置的,锚索是在基坑开挖过程中设置的。

基坑是分层开挖形成的,随着开挖的进行,坑壁土体产生应力重新分布,支护结构与土体相互作用,因此护壁设计必须考虑开挖过程、空间、时间效应。

1.设置第一排锚索

要决定的问题主要有两方面:

锚索位置和锚索锚固力。

锚索距地表高度应大于Hc,小于Hk。

这里Hc是土体自稳高度,Hk是护壁桩极限抗弯高度。

另外也应考虑桩顶最大位移值及土层分布情况,尽可能把锚索孔口位置设在不易涌水、涌砂,孔口塌孔处。

2.锚索自由段和锚固段的作法来源于极限平衡理论。

锚索在滑动面以内部分称自由段,滑动面以外部分称锚固段。

自由段的作用是传递预应力,锚固段的作用是承担预应力。

近年来基坑边坡稳定分析多采用朗肯力学模型,其滑动面与水平夹角β=45°+Φ/2。

对于海南商业广场基坑Φ角取加权平均值求得β=51°,由此求得东、南、西、北四面锚索自由段长度列于表3。

假定Φ=0,按圆弧滑动面求得的自由段长度也列于表3。

从表3可以看出:

自由段长度设计值比朗肯值大5-7.5m,比圆弧面值大3.5-6.5m。

从造价上讲,自由段过长是多余的浪费。

从技术上讲咱由段过长反而增加护壁桩桩顶位移。

3.锁定荷载的确定

原设计规定:

锚索预应力张拉到设计值后,在观测时间内观察锚固位移趋于稳定时,可锁定。

下面经南面（2号桩）第一排锚索为例进行分析。

自由段长9m,锚固力P=287.3kn,安全系数1.5,锚索钢铰线拙模量E=l.94×102KN/mm2,强度标准值为1860KNmm2,截面面积S=140mm2×3。

计算分析:

若锚索张拉锁定后下层土开挖引起外锚头产生2cm水平位移,由上述数据求得锚头水平位移使锚索产生的附加应力为:

结论:

一排锚索锁定荷载达到设计值是不科学的。

应考虑到开挖时土体应力释放引变形而导致的附加应力,一排锚索锁定荷载为设计值的85%左右较为合理。

我们建议,设计院采纳。

4.锚索孔直径的选择

近年来海口施工的锚索孔径都为Ф1l0mm,唯独海南商业广场设计成Ф130mm-Ф150mm。

同在海秀路上相距200-400m远的绿岛大厦基坑锚索、新世纪大厦基坑锚索均设计面Ф110的孔径都已成功（三个基坑的地质条件相似,开挖深度接近,锚固房地产E网力属于同一量级）。

会审图纸时我们曾提出:

孔径采用Ф130mm-Ф150mm,在砂层不易成孔,会导致塌孔,涌砂引起地面塌陷。

当时设计院没有听取这种意见,后来在施工中发现有多个钻孔涌砂后,才把Ф150mm孔径改为Ф130mm实践证明砂层中确实不易成孔,塌孔涌砂严重引起地面下沉、塌陷。

土体被扰动后较大范围土体应力重新分布从而增大了土体位移。

以上事实说明,当锚固力不太大时应尽量避免采用大孔径锚杆。

本工程基坑支护结构锚杆有752根,总长15023m,抽查42根锚杆进行抗拔力检验,全部合格。

在预应力张拉中发现有两根锚杆抗拔力达不到设计拉力值,合格率达99.7%。

经过几个月的地下室施工,现已完成二层地下室主体工程,基坑支护结构稳定,护壁桩顶最大水平位移为65mm,附近建筑物未发现有变形成裂缝。

只是基坑四周附近地面有下沉、塌陷。

我们认为在深基坑支护结构的设计与施工,能按CSC工法的方法与思想来进行,即把设计与施工综合成一个整体来考虑,会取得更好的效果

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