基坑喷锚(土钉)支护技术的几点思考
绝世美人儿
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2020年08月09日 12:47
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【摘要】几年来完成多只基坑支护工程，最近又成功地结束了市区最大、最深的观前公园人防工程基坑支护施工，得到业主的肯定，社会信誉逐渐提高。通过对几年来基坑喷锚支护设计施工中一些技术问题的思考，不断提高设计水平、改进施工方法。
【关键词】基坑喷锚支护、支护结构、时空效应、基坑保护等级。
1 前言
自九十年代苏州引进喷锚（土钉*）支护技术，因其施工速度快，可缩短一半工期，施工设备轻便，材料用量少，可节约工程造价1/3~2/3的优点，至今苏州一层地下室基坑（深度<6m）几乎全采用喷锚支护，同时应用到深度>6m的二层地下室基坑。但在应用基坑喷锚技术过程中，发生不少地面开裂、坑壁塌方、坑地土隆失稳、邻近地下管线破裂、破坏等事故，其原因：主要忽视喷锚技术的局限性，不顾条件地使用喷锚支护，如对松散的杂填土未经加固处理就简单使用喷锚支护，锚杆未穿过流塑状淤泥土中，致使基坑失稳而塌方。对基坑紧邻建筑物不具备放坡开挖地段，基坑保护等级高，水平位移控制要求严格，则需与排桩组合支护；对淤泥厚度大、基坑底落于淤泥土的基坑，也需排桩支护；对软土地区深度大于6m的深基坑使用喷锚支护应谨慎，确保基坑安全。
我公司自1998年开展基坑支护设计施工以来，设计能力、施工力量逐渐提高、壮大，今年又引进中科院基坑支护设计计算软件系列，提高了设计的先进性、科学性，已具有能胜任较大、较重要的基坑支护的设计施工能力。“精心设计、认真施工”，几年来完成8只基坑支护工程，最近又成功地结束了市区最大、最深的观前公园人防工程基坑支护施工，得到业主的肯定，社会信誉逐渐提高，市场份额逐年增加，至今年已占市区基坑工程的半壁江山。几年来基坑喷锚支护设计施工中一些技术问题，作为本文探讨主题，旨在提高设计水平、改进施工方法。
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*土钉（Soil Nailing）支护技术始于法国，其名称源自法文（Clouage de Sol），法国1972年始于边坡支护，后欧洲普遍使用，又很快传至其它国家。我国于1980年应用于山西煤矿边坡支护，发展到地下基坑支护，扩大到软土支护工程，施工技术人员创造性称其为喷锚支护；院校、设计研究部门、施工单位总结研究基础上编制了技术规程，说明我国喷锚支护技术已是一种成熟的基坑支护方法。
2 基坑喷锚（土钉）支护技术的几点思考
2.1支护方式的选择
按不同条件选择不同的支护方式，详见表1(略
)。
2.2、填土、淤泥计算参数及支护结构整体稳定系数取值的探讨
（1）、填土、淤泥计算参数
工程地质勘察报告往往无杂填土、素填土、淤泥等支护结构计算所需的重度（γ）、粘聚力（c）、内摩擦角（φ）参数，我们统计了大量的γ、 c、φ参数后，得出苏州地区的经验数据，经注浆加固处理后，上述土层的c、φ值提高10～30%，以杂填土c值提高最明显。我们一直以经验数据取值参于支护结构计算，实践证明改用经验数据接近土层实际的，可以采用。
（2）、整体稳定系数
支护结构计算最后获得整体稳定系数如何取值？我们认为：条分法作稳定分析，整体稳定系数取K=1.2~1.3为妥，基坑深、土质差取高值，反之取低值；基坑支护施工期受大气降水、地下管道渗漏水及土体徐变等不良因素作用，设计时整体稳定系数宜增加0.1~0.2。
（3）、地面荷载对基坑影响的分析
喷锚支护设计前应对基坑周边地面荷载详细调查，尽量使地面荷载取值接近实际，对紧邻基坑边的建筑物基础埋深、距离、荷载值调查清楚。如观前公园人防工程基坑北侧中段紧邻艺苑楼，该楼为框架结构、浅基础，其荷载影响基坑，我们在浅部设计3排灌浆孔、超前锚杆及第一排锚杆为加固杂填土，保护艺苑楼基础，限制水平位移；深部锚杆起基坑支护作用，成功地控制变形在20㎜以内，确保艺苑楼安全（图1）。
（图1）略
地面荷载值参加支护计算，是确定支护结构的重要数据；就是在离基坑边的距离大于基坑深度的建筑物荷载，以扩散角法则对基坑壁虽无直接影响，但其仍影响到基坑整体稳定性，降低稳定系数，所以支护设计时仍要进行验算其对整体稳定系数的影响程度。
2.3、时空效应在喷锚支护技术中应用
时间、空间效应广泛应用在基坑支护技术中，我们喷锚支护设计施工中也应了时空效应，对基坑安全、节约支护结构用材，降低成本起到良好效果。
2.3.1空间效应
（1）、改变基坑空间形状，缩短基坑边长，增加基坑角点，减少变形量。如将矩形改成八角形，减少支护工作量，减少长边变形（图2）。
（图2）略
（2）、在场地条件许可下，改一级放坡为二级台阶式放坡开挖，减少土压力，减少支护工作量，降低工程造价（图3）。
（图3）略
（3）、场地无法满足土体放坡条件时，可以采取坑壁不同坡度开挖。如对上部松散状杂填土及软~流塑状淤质土采用缓坡，下部可~硬塑粘性土采用陡坡开挖（图4）。
（图4）略
2.3.2时间效应
（1）、先注浆加固土体后，一般
应需停歇养护3~4天，达到一定强度才能开挖。
（2）、一层喷锚支护施工结束，切忌立即向下开挖，应在其它地段开挖，养护1~2天才能向下开挖。
（3）、开挖坡面暴露应加快支护施工，一般要求坡面暴露后在16小时内完成支护施工，对未经加固的杂填土、淤质土宜在8小时内完工，若遇大雨应在坡面暴露后立即喷射砼面，并在5小时内完成支护施工。
（4）、基坑开挖支护施工后，土体仍在徐变，喷锚支护抗徐变力量弱于其它支护手段，所以要求在地下结构工程施工过程中应及时夯实回填土。
2.4、无天然粘（内）聚力的杂填土加固处理
无天然粘聚力的松散状杂填土，其破坏往往没有征兆，会突然塌下来，喷锚支护在杂填土中发生塌跨事故屡见不鲜，所以对杂填土需先加固处理后开挖。几年来我们成功地采用注浆法处理杂填土，其粘聚力可从无提高到10Kpa以上，又降低杂填土渗透系数起到防渗作用。
2.5、基坑降排水
苏州地区基坑地下水有2层。
（1）、浅层潜水型地下水面埋深浅（埋深一般<1.5m）主要受大气降水补给，在市区在浅部往往有地下管道中渗漏出的生活用水补给，我们采用注浆法组成防渗帷幕减少浅层地下水漏入基坑中，在基坑底布置排水沟，将坑水导入集水井，用水泵排至坑外。在坑壁每平方米设一个泄水孔，使土体中含水及早泄出，减少坑壁水压力，若施工期间适逢雨季宜在基坑四周做排水沟将雨水导至他处。
（2）、深层微承压含水层（饱和状粉砂层等）采用井点降水，将地下水水位降至基坑底标高以下，对邻近建筑物应作回灌，达到动平稳，减少建筑物基础的沉降量。
2.6、支护结构的优化
喷锚支护结构施工时往往千篇一律按常规实施，我们在设计施工实践中认为可以按基坑深度不同、坑壁侧压力大小优化支护结构，现讨论如下：
（1）、喷锚护坡用于缓坡开挖、土质较好、土压力较低、坑壁侧压力较小，我们探索钢筋网从Φ6.5双向@200×200放稀为双向@250×250，加强筋Φ12，挂网钢筋钉Φ20@1000×1000菱形，翻边宽1m，使坑边做成硬化地坪。
（2）、喷锚（打入式锚杆）支护，钢筋网一般采用Φ6.5双向@200×200，加强筋Φ14～16，挂网钢筋钉Φ25@1000×1000菱形，打入式锚杆（Φ48钢管）间距1～１.2×1～１.2 m，焊牢于加强筋上（图5），翻边宽同为1～2m，施工实践得知苏州地区打入式锚杆设计长度大于10m时，因施工难于达到要求，我们将锚杆间距改为1×1m，则锚杆长度改短为小于10m，也可满足基坑整体稳定的要求。在土质较好的粘土、粉质粘土（图4）处可将打入式锚杆改为Φ25的钢筋钉，同样达到整
体稳定的要求，从而节省施工用材。
（图5）略
（3）、喷锚（成孔式锚杆）支护一般用于坑壁土质较差或基坑深度大于6m的基坑，钢筋网采用Φ6.5～Φ8双向@200×200，加强筋Φ16，挂网钢筋钉Φ25@1000×1000方形，翻边宽1～2m。孔径100～130㎜，锚杆杆体配筋直径按抗拔力设计值计算确定。注浆材料宜用水泥浆或水泥砂浆，抗拔力小者用水泥浆，大者用水泥砂浆。抗拔力设计值大者宜引进“注浆袋”加压法注浆，增加锚固体与土体面的粘结力，锚杆固定于锚板上（图6）或槽钢上。
（图6）略
2.7、基坑开挖过程中土体有较大变化地段应调整支护结构
基坑开挖必须分层分段均衡开挖，且应留0.3～0.5m的原状土用手工挖至坑底标高。在开挖过程中土体有较大变化应调整支护结构，如观前公园人防工程地下室基坑北侧中段开挖发现有暗河存在，立即进行电算测算，需增加一排锚杆才能确保基坑安全，施工就按修改后的设计执行；基坑南侧东段开挖发现实际土质较原工程地质勘察预测的土质好，经电算测算，减掉一排锚杆基坑仍然是安全的，所以实际施工就减少一排锚杆，节约了施工用材，降低了工程造价。
2.8、基坑变形监测及应急措施
2.8.1基坑变形监测
基坑开挖前在基坑边及邻近建筑物布置监测点，监测点间距一般不大于20m，在距基坑周边不小于2H（H为基坑深度）布置监测基准点，数量不少于两个，基坑开挖前进行监测点及基准点测量，测量至少两次，以取得初始值。
基坑开挖及支护施工期间每天监测一次，当监测结果变化速率较大时，每天监测两次，当有事故征兆出现时，应连续监测。支护施工结束后，地下结构工程施工期间每周监测一次直至基坑回填土结束。
2.8.2基坑保护等级及警戒值
（1）、基坑保护等级
参考上海市区基坑变形控制保护等级标准，又按苏州情况略加调整，建立苏州基坑变形控制保护等级标准（表2）
基坑变形控制保护安全等级标准表2（略）
（2）、警戒值
二~三级基坑警戒值20~25㎜，一级基坑警戒值宜为8㎜；每天变形不超过2~3㎜，达到警戒值均应报警，研究措施，阻止变形发展，达到稳定，确保基坑安全。
2.8.3应急措施
（1）、地面出现裂缝，顺裂缝注入水泥与水玻璃混合液，防止地表水灌入增加坑壁压力，地面用水泥砂浆抹平，在裂缝外侧布置钢筋钉，增加抗拉力，稳固变形土体。
（2）、水平位移达到报警值，采用水平或斜支撑，在地下结构施工过程中，可采用脚手架加水平支撑，限制水平位移发展。
（3）、坡脚滑移，采用砂石草包堆
叠坡脚，阻止坡脚继续滑移。
（4）、基坑底隆起，用砂石草包等增加坑底上覆荷载，平稳土压力，限止隆起。
（5）、基坑底发生管涌，加强井点降水，降低地下水位。
3后语
几年来，虽然在喷锚支护技术应用上有些进展，但缺乏可靠数据，今后应加强测试数据收集与研究，如：对杂填土注浆后粘聚力、内摩擦角、渗透系数的检测，锚杆抗拔力试验，测得实际抗拔力并与设计值比较，取得较切合实际的土体摩阻力参数；喷锚面层厚度、配筋计算及试验，取得接近实际的数据，其目的使喷锚支护技术应用更成熟、更经济实用，提高市场竞争力。
参考文献：
1、《土钉支护在基坑工程中的应用》陈肇元、崔京浩主编中国建筑工业出版社1997年
2、《基坑工程手册》刘建航、侯学渊主编，中国建筑工业出版社1997年
3、《建筑基坑支护技术规程》 JGJ120-99，中国建筑工业出版社1999年
4、《地铁车站软土基坑开挖过程中时空效应分析》蒋洪胜 刘国彬 刘建航，《建筑技术》1999年
5、《大型软土基坑喷锚网支护技术的探讨与实践》刘志宏陈天民，《施工技术》2001年