旋喷锚杆锚拉钢板桩创新支护技术应用实践

艾华亮 杜福民 孙云皇

（青岛业高建设工程有限公司，山东 青岛 266000）

0 引言

在城市市政工程的管沟、管廊基槽开挖工程中，遇到软土地层时，一般采用震动插入拉森钢板桩对两边土体进行防护，避免沟槽土方开挖后两侧塌方，当基槽较浅时，钢板桩可以悬臂防护；当深度较深时，需要在两排钢板桩之间设钢支撑，根据深度的加深，支撑设置一到多道。但设置支撑之后，对后续土方开挖和管廊土建施工带来诸多不便，既影响了工期，又增加了费用。在深基坑工程的应用中，已有工程采用锚杆锚拉钢板桩支护，锚杆代替支撑，这样为后续土方开挖及主体结构施工带来方便。

对于能打拔钢板桩的地层，往往是软土层，软土具有粘结强度较小的弱点，采用普通锚杆锚拉时，因为锚固力低、抗剪能力弱造成应用并不安全，不太适用于软土深厚的地层，对于软土地区，比较深厚的情况还是比较普遍的。另一方面锚索需要等待很长的锚固体凝固时间才能张拉，施工周期很长。

针对以上现有技术的缺点，要考虑了一种锚固力大、抗剪能力强的锚杆，技术人员经过不断研究分析，创造了自进旋喷锚杆锚拉钢板桩支护结构（已申请专利），该方法是采用自进旋喷锚杆技术，一次性锚杆高压旋喷切割周边土体，形成大直径的全长锚固体，锚固力大，抗剪能力强，锚拉钢板桩，形成安全稳固的支护结构。该结构不需要预应力张拉，只需螺帽拧紧锁定，施工速度快。

1 工程概况

1.1 项目概况

本项目位于青岛市高新区，基坑开挖深度约3.5～6.9 米,拟开挖基坑周长约1100 米。基坑侧壁安全等级为二级，支护设计使用期限12 个月。

1.2 工程地质条件

根据地表调查和钻探揭露，场地地层主要有第四系全新统填土层、海相、沼泽沉积、冲洪积相及燕山晚期侵入岩层。岩土特征自上而下分述如下：

第(1)层素填土：灰黑色～黄褐色,稍湿～湿,松散,以粘性土为主,见植物根系,场地北侧局部含少量碎石及砖块,最大粒径约20cm。回填年限在3～5 年,该层未经压实处理。

第(2)层淤泥质粉质粘土:灰黑色～灰褐色，流塑，有臭味。该层为欠固结土，孔隙比较大，具高压缩性，灵敏度高。该层构造单一，为回填前静水下形成。

第(2-1)层粉细砂:黄褐色，饱和，稍密，主要成分为石英、长石，磨圆度中等，级配较好,局部含夹层粘性土。

第(3)层粉质粘土:灰黄色～黄褐色，软塑～硬塑，刀切面较光滑，韧性中等、干强度中等，可见铁、锰质氧化物，顶部含有钙质结核，粒径2～6cm,混中细砂颗粒，局部为粉土。

第(4)层中细砂:黄褐色～褐色,饱和,稍密～中密,主要成分为石英、长石,磨圆度中等，级配较好。

第(5)层粉质粘土:黄褐色～褐黄色，软塑～可塑，刀切面较光滑，韧性中等、干强度中等，可见铁、锰质氧化物及结核，混中粗砂颗粒。局部为粉土。

第(6)层中粗砂：褐黄色～黄褐色,饱和,中密～密实,主要成分为石英、长石，磨圆度中等，级配一般,局部混有少量砾砂。

第(7)层全风化安山岩：灰黄色～紫红色。组织结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度。岩芯呈砂状，干钻易进，岩体完整程度为极破碎，岩石坚硬程度为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该岩层遇水具有可软化性、崩解性，开挖后有进一步风化的特征。

第(8)层强风化安山岩：灰绿色～灰紫色。斑状结构，块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育。主要矿物为斜长石、角闪石，次要矿物为黑云母及辉石。岩芯手掰可碎,手搓呈砂土状、砂状，局部为块状,锤击可碎,干钻不易钻进。岩芯采取率79%，RQD 极差的。岩石坚硬程度等级为软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该岩层遇水具有可软化性、崩解性、开挖后有进一步风化的特征。最大揭露厚度8.50m。

1.3 水文地质条件

地下水主要赋存于第四系松散堆积物①层填土～⑥层中粗砂中的潜水和下卧基岩中的基岩裂隙水，水量较丰富。勘察期间为本地区枯水期，野外实测地下水水位埋深0.70～5.50m；地下水水位标高-1.49～-0.02m。历年最高水位约3.00m，拟建场地地下水位变化幅度约3.00m。场地地下水直接影响基坑边坡的稳定性及基础施工。

1.4 周边环境条件

基坑东侧为现状空地，南侧为现状河东路，西侧为现状华东路，北侧为规划东23 号线；基坑南、西、北侧距离现状路面8-10 米以上，基坑北侧距离现状售楼处约15-18 米，基坑基坑西侧、北侧垂直支护部分锚杆施工穿过现状供电、雨水、饮用水、天然气、污水等管线距离管线约4-12 米。

2 方案设计

对于基坑深度5米以内的部位，设拉森钢板桩长度12米，单层旋喷锚杆，见图1。对于基坑深度5-8米的部位，设拉森钢板桩长度12米，双层旋喷锚杆，见图2。

图1 单层旋喷锚拉式钢板桩支护结构

图2 两层旋喷锚拉式钢板桩支护结构

钢板桩品品相扣，既挡土又止水，顶端高出地表20-40cm，起到防护和挡水功能。自进旋喷锚杆的直径取500mm，自进旋喷锚杆端部设钢腰梁连成整体，与钢板桩组成整体支护结构，抵抗外侧水土压力。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工准备→钢板桩打入→钢板桩开孔→第一层自进旋喷锚杆施工→安装钢腰梁及铁靴垫板→→锚杆锁定→开挖一层→第二层自进旋喷锚杆施工→...→地下结构施工→回填→拆除铁靴钢板→拔出钢板桩。

3.2 操作要点

3.2.1 钢板桩

钢板桩采用拉森钢板桩，履带式振动锤沉桩，屏风式沉桩方式。钢板桩属挡土结构，兼起止水功能。

3.2.2 自进旋喷锚杆

自进旋喷锚杆杆体采用无缝地质钢管加工，钢号采用J55，一般每节2～3m，丝扣外接箍连接，端头设锥形喷嘴或单向防堵喷嘴。施工机械包括履带式锚杆机、高压注浆泵、水泥搅拌系统等。锚杆机将自进杆体逐节旋转钻进，钻进的同时高压旋喷注射水泥浆，切割杆体周边土体，形成包裹杆体的水泥土锚固体，凝固后为支护结构提供锚拉力和很强的抗剪能力。自进旋喷锚杆端头设高强螺杆，螺杆抗拉力不低于自进杆体抗拉力。该工艺施工过程中无振动，噪音小，环保性好。

3.2.3 钢腰梁安装

由于计算受力较大，钢腰梁采用双拼型钢，采用厚度12mm 的钢板焊接，将两拼型钢连成整体，由于自进旋喷锚杆与水平有一夹角，一般采用钢板焊接成铁靴进行调整，使锚头均匀传力至钢腰梁。铁靴外侧锚杆的端头螺杆套入打孔的钢垫板，外设螺母（受力大时设两个螺母），见图3。

图3 钢腰梁、锚头大样示意图

3.2.4 锚头锁定

自进旋喷锚杆锚固体凝固3-5 天，采用长臂扭力扳手将锚杆端头的螺母拧紧，预紧力50kN。锚头锁定后，可以开挖该层锚杆以下土层，分层锚杆锚拉，直至基底。

3.2.5 拆除铁靴钢板钢腰梁、拔出钢板桩

地下结构施工完毕，回填基槽，回填时将锚头螺母拧下，钢板铁靴取下，拆除钢腰梁吊车吊出。采用履带振动锤拔出钢板桩，留下的空隙回填压实后结束。

4 监测情况

4.1 监测内容及布置

本工程按贰级基坑监测等级进行监测，监测内容包括现场巡检、坡顶水平位移、垂直沉降、锚杆轴力观测等，基坑监测点布置图见图4。

图4 基坑监测点布置图

4.2 监测数据分析

基坑坡顶位移变化折线见图5，锚杆轴力监测变化折线见图6。

图5 坡顶位移变化折线图

图6 锚杆轴力监测变化折线图

分析监测数据：

a.坡顶水平位移及沉降在基坑开挖期间变化较大，但增加量控制较好，最终坡顶水平位移最大50mm，最大沉降量45mm，均控制在了设计要求范围内。

b.锚杆轴力监测在基坑位移时变化幅度较大，之后均平缓，说明锚杆轴力与土压力基本处于平衡状态。

监测表明，支护体系整体稳定，监测各项指标均控制良好，满足设计要求。

6 总结与体会

从具体实施情况来看，对于较厚软土地层条件下的深基坑，旋喷锚杆锚拉钢板桩支护结构具有明显的优势，该支护结构既可应用于市政管沟的侧壁防护，也可应用于各种深基坑的侧壁支护。并且，该支护结构相比较传统“灌注桩+帷幕+锚杆”的结构而言，具有施工快速，相对经济的特点。但也有变形相对偏大的缺点，可应用于周边对变形要求不是太严格的软土基坑，可以在同类型基坑施工过程中进行参考。