浅析在富水卵石层复杂地质条件下锚管土钉墙支护施工技术

周德峰

（福建拓海建设工程有限公，福建 龙岩 364000）

1 工程概况

龙岩市铜江路与花漾江山连接线道路工程位于龙岩市江山镇，道路全长为177m，起始桩号为K0+000，南起铜江路，终止桩号为K0+177.0，北至花漾江山小区南大门，道路宽度为18m，其中K0+112.745～K0+140为桥梁，横跨石山园溪，桥梁结构为简支梁，类别为中桥，设计时速为30km/h，桥梁基础采用桩基础，设计荷载为城-A级。桥墩基础底高程为357.13m，基坑开挖深度为4.26～11.34m，基坑北侧距离花漾江山小区为37m，南侧距离石山园溪为5m，东西两侧均为空地，基坑平面尺寸为21×7m。

2 工程地质及水文情况

根据地质勘察报告和地面调查情况显示，施工场地岩土层由上而下分述为：①素填土，呈松散状，主要由碎卵石和粘性土组成，含水率23.3%，属于中湿类型土，层厚为0.70～4.50m；②卵石，呈稍密～中密状态，粒径为20～60mm，含量为50%～60%，卵石主要成分为砂岩，中间夹杂中粗砂和圆砾，中粗砂含量为15%，圆砾含量为20%，层厚为5.80～17.5m；③含角砾粉质粘土，呈可塑状，属于中等压缩性土，层厚为7.25～26.30m；④中风化灰岩，呈碎块～块状结构，节理发育，属较硬岩，层厚6.30～8.17m。施工场地内地表水主要有小水沟和石山园溪，地表水主要来自山泉水和大气降水的补给，水量受季节性影响，地表水深度为0.5～1.5m；地下水主要来自地表水渗透和大气降水补给，排泄方式由两侧向中部溪流方向迳流，地下水受石山园溪影响较大，地下水水位埋深为2.10～2.80m，卵石层富水透水性强。

3 基坑支护设计

经综合评估后，基坑的东侧设计采用放坡+挂铁丝网喷混凝土支护，其余三侧设计采用锚管土钉墙支护。基坑开挖深度为4.26～11.34m。东侧采用1：1.50放坡+Ф6@300×300mm钢筋网C20细石喷射混凝土（80厚）防护，如图1所示；西侧和南侧采用上部1：1.0放坡+Ф6@300×300mm钢筋网C20细石喷混凝土（80厚）防护，下部采用1：1.0放坡+Ф48@1200mm（L=7000～14500mm）的锚管，施工角度为15度，共计5排，标高（以基底为±0.00计）分别为0.56m（锚管长度为7.0m，设计抗拔力为88kN）、1.76m（锚管长度为11.5m，锚管设计抗拔力为102kN）、2.96m（锚管长度为14.5m，锚管设计抗拔力为91kN）、4.16m（锚管长度为14.5m，锚管设计抗拔力为72kN）和5.36m（锚管长度为14.5m，锚管设计抗拔力为70kN），墙面设100厚C20细石喷射混凝土，内设Ф8@200×200mm钢筋网，如图2所示；北侧采用采用上部1：1.0放坡+Ф6@300×300mm钢筋网细石喷混凝土（80厚）防护，下部采用1：0.8放坡+Ф48@1200mm（L=6000～14500mm）的锚管，施工角度为15度，共计5排，标高（以基底为±0.00计）分别为0.56m（锚管长度为6.0m，设计抗拔力为97kN）、1.76m（锚管长度为10.0m，锚管设计抗拔力为101kN）、2.96m（锚管长度为13.0m，锚管设计抗拔力为93kN）、4.16m（锚管长度为14.5m，锚管设计抗拔力为75kN）和5.36m（锚管长度为14.5m，锚管设计抗拔力为71kN），墙面设100厚C20细石喷射混凝土，内设Ф8@200×200mm钢筋网，如图3所示。

图1 基坑东侧支护剖面图

图2 基坑西侧和南侧支护剖面图

图3 基坑北侧支护剖面图

4 施工难点

（1）本工程地下水位较高，施工期间为夏季，属于雨水丰沛期，水量较大，基坑开挖前应进行井点降水；

（2）西侧和南侧为河道，北侧为小区，周边环境复杂，基坑开挖可能造成小区道路或者河堤出现沉降变形；

（3）基坑开挖范围均为卵石层，在卵石层植入锚管难度大。

5 锚管土钉墙的作用原理

将锚管植入土体中，然后压密注浆，使得锚管与土体形成复合土体，当这个复合土体受力产生塑性变形时，土体中的应力就会向锚管土钉进行转移，而土钉则将受承受的应力向土体深处进行传递和扩散，从而降低变形应力水平，使得应力值小于土体的开裂最小值。锚管土钉的压密注浆过程中，水泥浆会充满土钉周边的土体的缝隙，使得土体得到加固，而锚管又起到加筋的效果，类似于重力式挡土墙，使得复合土体的受力性能得以改善。

6 主要施工技术

6.1 降水施工

根据地下水的补给情况、水位高程以及抽水量等要求，本工程基坑井点降水采用直径为219mm的管井降水，基坑内辅以集水坑明排法。基坑内布置2口降水管井，钻孔直径为450mm，采用φ219mm的钢制滤水管，深度为20m，井底填充1500mm厚的碎石料，井壁外围采用钢丝绑扎2层40目尼龙滤网；基坑外围设置3口直径为75mm的观测井，钻孔直径为130mm，采用φ75mmPVC管，深度为16m，井底填充300mm厚的砾料过滤层，井壁外围采用钢丝绑扎1层20目尼龙滤网；在距离支护坡顶0.5m位置基坑顶四周设置宽度为300mm截水沟，防止地表水进入基坑，坑内设置直径为800mm圆形集水井，采用污水泵将基坑内的明水抽到基坑外。

6.2 土方开挖

根据建设单位提供的基准坐标点，采用全站仪将基坑的支护边线测放出来，并在永久性的构筑物上设置控制边桩。基坑底的边线按照基坑的外边双侧向外1m作为基坑的定位线。土方开挖严格按照设计图纸的坡度进行放坡，一般先挖支护工作面，选择的位置为距离坑壁6m的地方进行开挖，分层分段有序地开挖，分层厚度为2m，分层的划分一般以锚管以下0.5m，采取跳槽开挖的方式，每段开挖的长度以6m为宜。土方开挖应安排好运输车辆的行走路线，土方应及时外运，基坑周边2m之内不得堆载，减少对基坑壁的挤压。土方开挖后及时安排操作人员进行人工修整，接着进行喷锚支护。喷射混凝土应掺三乙醇胺早强剂，掺量为0.05%，使得混凝土早期强度得以提高，缩短间隔时间。下一层土方开挖应等上一层的锚管抗拉强度为80%的设计抗拉强度值时才可以进行施工，一般上下层间隔时间为7d。

6.3 锚管土钉墙施工

采用QC-150型冲击锚杆机将φ48×3.5的钢管植入卵石层中，锚头采用φ108×4.5的圆锥形扩大头，采用6根长度为300mmφ16螺纹钢筋将锚头与锚管进行焊接，锚管每隔0.5m设置1个孔径为8mm的出浆孔，呈梅花形布置，靠基坑方向管前段3m之内不设置出浆孔眼。锚管上设置长度为40mm规格为L25×3的倒挂角钢，增加锚管与土体之间的锚固，如图4所示。锚管注浆之前采用清水对锚管进行清洗，注浆方法采用孔口密封注浆，水泥采用强度为42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5，注浆压力为0.4MPa，水泥浆的强度为20MPa,当孔口有水泥浆溢出，或者注浆压力达到设计值且排气管不再排气可以稳压注浆3min，即可停止注浆。锚管注浆完成后即可进行钢筋网的铺设，钢筋采用Ф8，横竖方向间距为200mm，加强筋采用2Φ16，钢筋网应延伸0.5m到地表面，钢筋网的搭接长度≥300mm。

图4 锚管杆体大样图

6.4 面层混凝土施工

本工程喷射混凝土采用细石混凝土，碎石粒径≤20mm，采用中粗砂，混凝土强度等级为C20，水泥采用标号为42.5的普通硅酸盐水泥，混凝土配合比为水泥：碎石：中粗砂=1：2：2，掺适量的速凝剂，细石混凝土的水灰比为0.4，空压机压力≥0.15MPa,风量≥9m3/min，喷射工艺为干式，喷射混凝土应自下而上分段进行作业，每层喷射厚度≤40mm；喷头与支护面相互垂直，喷头距离支护面0.6～1m。混凝土终凝后2h及时进行浇水养护，养护时间≥7d，喷射混凝土强度达到设计强度80%方可进行下一层土方的开挖。采用1100mm长度的φ50PVC管作为泄水管，泄水管入土深度为1000mm，向外倾斜10%，入土段每隔50mm设置1个φ6mm的孔眼，塑料管外包2层20目尼龙滤网，泄水管的布设间距为3m，呈梅花形布置，泄水管能够将支护面的地下水及时排出，达到泄压的效果。

7 基坑监测

为了实现信息化施工和实时动态管理，本工程对基坑支护监测进行布置：在基坑周边设置1个位移和沉降的观测点，主要监测基坑坡顶的位移和沉降，观测基坑施工对周边土体是否产生影响；布置1个测斜管对土体的水平位移进行观测，主要观测土方开挖时深层土体是否发生变形；在基坑坡顶外侧布置2个水位观测点，主要观测基坑施工对水位的实际影响。本次基坑监测结果均满足施工规范的要求。

8 结束语

本工程基坑支护工程，采用气动冲击锚杆机解决了卵石层锚管难以植入的问题，采用管井降水和设置集水坑进行排水的方法解决了富水性的问题，土方开挖采用分层分段进行施工，加强锚管土钉墙的施工质量控制，加强喷射混凝土的施工管理，锚管土钉墙施工完成后各项监测指标均符合施工规范的要求，取得良好的施工效果。