对复合喷锚技术用于软土基坑的分析

李桂刚 牛军辉 卢忠阳

（建设综合勘察研究设计院有限公司，北京 100007）

1 复合喷锚技术简析

复合喷锚技术是指对基坑进行开挖前，先设置竖向形式的搅拌桩，使之成为帷幕撞墙，接下来将一定规格的锚钉锚固在坑壁中间，和喷射混凝土面层结构一起构成有效的、柔性的支挡体系。在软土基坑施工中，坑壁土体、挡土体系会成为有机整体，发挥协同效应，基于重力原理形成挡土墙支挡结构，最终赋予基坑壁土体以良好的稳定度以及刚度。对于复合喷锚结构，其不仅拥有预应力锚索结构的优点，而且具有喷锚支护结构的优点，同时还继承了土钉墙结构的优点，既可以发挥临时性支护作用，与此同时，也可发挥永久性支护作用。所以，复合喷锚技术逐渐在软土基坑施工中得以广泛应用。复合喷锚技术优点众多，如理想的安全性、便捷性、低成本性以及有效性等，另外，支持喷锚支护、土方开挖二者的同时进行，所以，在不同类型的基坑支护施工中得以广泛应用。

2 软土基坑中的复合喷锚支护结构

所谓喷锚支护结构是指钢筋网、喷射砼以及一系列锚杆、锚管与锚索等共同形成的联合式支护结构。相较其他类型的支护结构而言，喷锚支护结构不仅安全可靠，而且成本较低，同时还具有施工灵活的特点，因而在深基坑或者受限场地的工况下得以广泛应用。现今，复合喷锚支护结构已经广泛应用于软土基坑的支护施工，并发挥出了较理想的应用效果。对于喷锚支护结构，其主要由三大部分组成，分别是锚杆、砼喷面以及钢筋网。在高压空气的推动下，砼以一定的速度喷射到土层表面，先是在土层表面嵌固一定的骨料，后续料流会进行包裹以及填充，在土层、喷层之间产生所谓的嵌固层效应，且随着基坑施工的不断进行，会最终构成封闭式的支护系统。无论是嵌固层，又或者是喷层，均能够起到有效的保护土层作用。锚杆、锚索以及锚管的锚固段会在软土基坑滑移面外面的土体中得到有效固定，将喷网、外锚固端连接为有机整体，这样做能够实现对边壁不稳定风险的有效转移，使该风险由内锚固段以及周边部位承担，并得到逐渐的化解。对于钢筋网，其主要作用体现在能够大幅提升和保证喷层的柔性以及整体性。在现阶段的软土基坑施工中，往往采用将喷锚、放坡有机结合在一起的喷锚支护结构。

3 工程实例

3.1 工程概况

南方某基坑工程：

（1）长度为117m；

（2）宽度为67m；

（3）周长为370m；

（4）面积为7000m2；

（5）深度为4.4m~5.2m。

基坑的主要特点如下：

（1）场区存在一定厚度的呈“软-流塑状态”的淤泥质土层。该类土层的工程性质不理想，所以，其边坡支护施工需要认真考虑土质条件的制约；

（2）基坑东侧和已存在的构筑物之间的距离为9m。基坑西、南、北三边和马路之间的距离均超过9m。综合看来，边坡支护的外部环境条件相对宽松。

立足于基坑特点，结合地质条件，参考当地同类和类似工程的实践经验，决定使用“深层搅拌桩+喷锚支护结构”有机结合的形式，从而构成所谓的复合喷锚支护型式。

3.2 复合喷锚支护结构的计算

3.2.1 深层搅拌桩竖向加固体设计

在基坑内边设置1排深层搅拌桩，桩径大小为600mm，桩长为10.5m~10.7m，控制基坑由于边长较大而导致中间部位较大的变形，顺着基坑边长，在其中间部位安装2排深层搅拌桩，以起到加固效果，加固范围长度控制在30m上下，深层搅拌桩、相邻桩之间的搭接长度控制为200mm，喷灰量控制为60kg/m，使用P.O32.5普通硅酸盐水泥，深层搅拌桩桩体内每距离1200mm的长度插入1根管径为48mm的钢管，要求钢管长度比搅拌桩多出150mm，通过钢筋对桩顶钢管进行有效连接，并喷射厚度为150mm的C20砼。

3.2.2 边坡支护结构设计

对于基坑边坡，通过喷锚进行支护，要求锚孔直径取120mm。通过“理正深基坑”进行电算。采用HRB335级钢筋，并要求其实际抗拉强度超过300N/mm²。对基坑边坡进行设计时，应关注坡顶超载值问题：东侧不可超过15kN/m3、其余各处不可超过10kN/m3，坑边堆载不允许大于设计要求的坡顶超载限值，另外，应和坑边之间的控制在2m以上。

3.2.3 基坑突涌验算

在本项目的场区范围内，地下水有2种不同类型，一种是填土中的上层滞水，另一种是砂层中的孔隙承压水。关于上层滞水，其大部分存储在上层杂填土层之中，一部分来自于大气降水，另一部分来自于地表生活排水。本项目场区的上部填土相对较薄，水量并不多，可借助疏排的办法进行处理，因而不会给基坑带来过大影响。关于孔隙承压水，其绝大部分存储在下部砂层中。经系统勘察发现，地下水混合水位主要集中在0.3m~0.7m，承压水位主要集中在2.8m上下，位于第3、4层淤泥质土之间的是夹粉土，属于相对隔水层，其层底埋深最靠近地面处为9.8m。待基坑开挖至5.2m时，对其突涌予以验算：

该基坑项目计划在12月份前后进行开挖，由于是枯水季节，所以，按照承压水头位于地表下3.5m处进行计算，使用DB42/159-2004标准公式，即：

当基坑开挖深度至5.2m时，γ=17.8kN/m3，Hω=6.3m，D=4.6m，γω=10kN/m³，γty=1.30＞1.2，所以，基坑拥有良好的抗突涌稳定性，符合设计标准。

3.3 施工

3.3.1 深层搅拌桩的施工

在本项目中，通过搅拌桩以实现对基坑竖向支护的有效加强，桩径的大小为600mm，桩长控制在10.5~10.7，搭接长度取200mm，桩间距控制为400mm，空孔高度控制在1.0m~1.5m，桩中插l根直径为48m的钢管，要求钢管壁厚超过2.5mm，桩数总共有1057根。

（1）施工准备：PH-5A型浆喷桩机1台，注浆泵1台；

（2）材料：红榜P.O32.5普通硅酸盐水泥，1m³水泥会用到60kg；

（3）施工工艺：清除障碍、整平作业→测量放线、找准桩位→桩基对位→钻进→注浆→提钻→插管→移位；

（4）施工质量：30天内完成本项目所有浆喷桩的施工作业，后期对质量进行开挖检验，发现成桩质量比较理想。

3.3.2 喷锚网施工

浆喷桩的施工结束之后，对其进行科学养护，28天养护结束之后进入到土方的开挖施工，并进行喷锚网的施工。在本项目中，喷锚网使用的是钢筋网，锚杆使用的是花管，采用全程注浆的模式。

施工工艺流程：测量放线→开挖土方→修整边坡→初次喷锚→植入花管→设置钢筋网→二次喷锚→养护→注浆→养护→进行下一层的开挖作业。

布钢筋网：顺着坡面进行分布筋的科学设置，顺着锚杆方向设置分别纵向和横向的加强筋，均为1根，且和锚杆进行牢固焊接。

3.4 应用效果

（1）大幅缩短了工期：土方开挖、喷锚支护同步实施，随着基坑开挖的不断深入，支护施工也一直进行，待土方开挖结束之后，对垫层进行浇注即可完成；

（2）支护效果理想：基坑开挖结束之后，对主体结构进行封顶测量，结果发现基坑坑顶所对应的水平位移是27mm，在设计标准的规定之内；

（3）经济效益可观：采用复合喷锚技术的施工比一般的桩排支护施工拥有更为可观的经济效益，能够节省造价40%~ 50%左右。

结语

在软土基坑开挖作业中，采用复合喷锚技术可实现对边坡水平位移的有效控制，使其拥有理想的稳定性。通过喷锚支护结构可对软土基坑的土体予以有效支护，支护效果优异。关于喷锚支护结构，其能够对软土基坑土体予以主动形式的支护，不仅如此，还能够和土体发挥协同效应。值得一提的是，钢筋网喷层拥有良好的柔性以及整体性，可对喷层、锚杆各自的内应力进行合理分布，并加以适当调整。实践结果显示，在软土基坑开挖施工中，复合喷锚技术具有比较理想的实践应用效果。

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