試析軟巖地下工程預應力錨索支護設(shè)計及施工技術(shù)

趙子瞻+曹坤

摘要：本文主要論述了軟巖地下工程預應力錨索支護設(shè)計及施工相關(guān)的內(nèi)容，通過施工實踐發(fā)現(xiàn)，該工程的基坑盡管受到當?shù)靥卮蟊┯甑囊u擊，但仍然沒有出現(xiàn)任何的施工技術(shù)故障，從而為我國其它地區(qū)同類型的軟巖地下工程預應力錨索支護設(shè)計以及施工技術(shù)的應用提供了一種既可行、又安全的實用性施工技術(shù)方案，與一般的地下連續(xù)墻施工技術(shù)相比，軟巖地下工程預應力錨索支護設(shè)計及施工技術(shù)更加安全、經(jīng)濟。

關(guān)鍵詞：軟巖地下工程；預應力錨索；支護設(shè)計；施工

中圖分類號：TU71 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）013-000-02

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，我國的工程施工將面臨著巨大的挑戰(zhàn)，特別是地下工程軟弱圍巖支護施工已經(jīng)成為我國土木工程領(lǐng)域面對的重大技術(shù)難題，本文在研究過程中通過對圍巖松動圈理論思想的應用，重點采用了預加固施工技術(shù)[1]，通過新型的預應力錨索為該地下工程軟弱圍巖的初期開挖施工進行有效支護處理，從而對相關(guān)的重點施工技術(shù)工藝進行論述分析。

一、軟巖地下工程預應力錨索支護設(shè)計及施工案例概況

本文所研究的施工工程為我國某地區(qū)一大型的施工工程項目，結(jié)合該工程的施工地質(zhì)勘探報告分析，該巖土工程為軟弱施工地質(zhì)，從上到下發(fā)育，一共有三層。其中第四系為人工填土，主要的土質(zhì)為雜填土，土層結(jié)構(gòu)中含有大量的煤屑以及磚塊和碎石、鐵皮等；另外，還包括大量的花崗巖條石、舊基礎(chǔ)、木樁等，主要厚度為1.30米-6.50米；該施工工程的第四系為全新的統(tǒng)沖積層，該地質(zhì)層主要包含了淤泥質(zhì)黏土以及淤泥層這兩大主要的砂土亞層結(jié)構(gòu)，土質(zhì)為灰黑色，富含大量的有機質(zhì)，其中還有大量未經(jīng)腐化的木條等，土質(zhì)主要為粉細砂，淤泥的主要分布狀態(tài)為透鏡體，其中該層地質(zhì)層厚為3.0米-5.0米，頂板的埋深為1.30-6.50米。除此之外，該工程地質(zhì)中還分布有白堊系泥質(zhì)的粉砂巖，結(jié)合該區(qū)域的風化作用可以將其劃分為微風化帶以及強風化帶和中分化帶三種不同的帶系單元結(jié)構(gòu)。其中，中風化層巖的層厚為0米-9.30米，而巖層的頂面埋深為6.30米-15.80米，其中強風化巖的頂面埋深為5.40米-8.0米，實際的層厚為0.70米-8.30米。

二、軟巖地下工程預應力錨索支護方案的選擇

通過上述施工地質(zhì)情況介紹分析，可以發(fā)現(xiàn)該工程地質(zhì)施工條件十分復雜，因此在施工設(shè)計方的綜合論證、評估之下，得出其中主要的不利施工影響因素：

（一）在開挖過程中會遇到舊基礎(chǔ)以及雜填土和淤泥及粉砂、淤泥質(zhì)黏土等不同的施工土質(zhì)；

（二）該施工地質(zhì)中有大量的木樁以及條石密集分布在地下5米左右的施工區(qū)域；

（三）該施工區(qū)域的地下水含水量十分豐富，而且施工過程中會受到地表水以及地下淺層水質(zhì)的影響，其中地下水的穩(wěn)定水質(zhì)埋深為0.8米-2.10米；

（四）該施工區(qū)域穿過大量的居民區(qū)以及商業(yè)區(qū)，因此施工場地十分狹窄，在基坑施工支護過程中，基坑的結(jié)構(gòu)外邊線距離施工場地周邊的居民區(qū)以及商業(yè)住宅區(qū)的最大距離不足1米，而距離商業(yè)區(qū)最寬不足兩米，因此施工過程中會受到諸多不利施工影響因素的干擾，特別是地下基坑的施工開挖難度較大。

所以，該施工工程受到諸多施工條件的限制，經(jīng)過施工方對不同的施工技術(shù)方案進行設(shè)計、優(yōu)化、評估與論證，最后認為采用地下連續(xù)墻的施工技術(shù)進行作業(yè)不僅施工成本較高，而且施工過程需要的施工場地較大；但采用鉆孔樁施工則受施工場地的限制相對較小，可以有效避開周邊施工區(qū)域的建筑物。同時，施工單位采用預應力錨索支護施工技術(shù)對軟弱施工地層進行施工經(jīng)驗豐富，因此最后經(jīng)過對比分析，決定采用密排式鉆孔灌注樁加預應力錨索進行施工操作，其中一道腰梁一道冠梁，另外增加旋噴注漿孔止水的施工支護方案[2]。

三、軟巖地下工程預應力錨索支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計

（一）軟巖地下工程預應力錨索支護結(jié)構(gòu)的計算

該施工工程采用深基坑支檔結(jié)構(gòu)計算軟件對支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進行計算分析，并針對施工的實際情況進行現(xiàn)場施工模擬。第一步主要將土方開挖的深度控制到-3.0米；第二步將預應力錨索設(shè)計安裝在-2.50米部位處；第三步要繼續(xù)開挖土坑，使其深度達到基坑底，具體深度為-7.10米。因此，施工設(shè)計人員可以結(jié)合上述實際的施工工況對該工程的施工內(nèi)力參數(shù)進行計算分析，分別得出該施工工程的最大軸力與最大彎矩。與此同時，對工程結(jié)構(gòu)的抗管涌、抗傾覆以及抗隆起、還有施工結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性進行計算論證[3]，從而保證施工的設(shè)計參數(shù)科學、正確。

（二）軟巖地下工程鉆孔灌注樁的設(shè)計

在對軟巖地下工程的鉆孔灌注樁進行設(shè)計過程中，技術(shù)人員應該結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析計算結(jié)果，通過綜合考慮施工的經(jīng)濟因素與安全效益，將施工結(jié)構(gòu)的樁直徑定為Ф800mm，樁底的標高分別控制在-11.30米以及-12.0米和12.60米左右，或者在設(shè)計過程中要確保工程鉆孔樁的長度能夠滿足基坑的實際開挖面要求，當基坑開挖達到強風化巖4.0米或者達到完整中分化巖2.50米的距離時，應該立即終孔施工，確保鉆孔樁的中心距為900毫米。在工程基坑的開挖部位布置型號為8Ф25的鋼筋，擋土墻的鋼筋型號為10Ф22。

（三）軟巖地下工程預應力錨索的設(shè)計

將預應力錨索設(shè)計在工程結(jié)構(gòu)-2.5米處，其最大的傾角為20度，最大間距為@2700毫米。結(jié)合該施工設(shè)計的具體結(jié)果，將錨索部位水平反力參數(shù)設(shè)計為105KN/m，結(jié)合我國軟巖地下工程預應力錨索支護施工技術(shù)規(guī)定，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的錨桿軸力進行計算：錨桿水平間距2.0m，豎向間距2.0m，α=20°，每肋柱單元選配10個錨孔，錨筋承受的軸向拉力標準值Ngk：Ngk =Tgk/cosα=Tgk/cos20°=361.2/cos20°=384.38 （kN）。此外，為了保證該結(jié)構(gòu)設(shè)計安全以及施工穩(wěn)定，經(jīng)過專家的研究論證，將該工程結(jié)構(gòu)最終的錨索軸向拉力值設(shè)計為700KN，600KN為其鎖定值，在設(shè)計過程中采用1806級的4束7Ф5鋼絞線，將錨孔的具體直徑參數(shù)設(shè)計為Ф150毫米。在灌漿施工過程中注入水灰比為0.45的純水泥漿液，而工程結(jié)構(gòu)的錨固具體長度設(shè)計要結(jié)合施工場地的實際施工情況進行科學計算分析[4]。

（四）軟巖地下工程止水方案的設(shè)計

本工程在實際的施工過程中由于場地中的舊基礎(chǔ)密集，因此在施工時采用樁外施工止水技術(shù)難度較大，再加上本施工工程的周邊施工場地較小，故無法采用大型的施工機械進行施工，考慮到該原因，本工程在實際施工時采用了樁縫注漿止水施工技術(shù)方案，此種技術(shù)方案主要通過在樁縫間采用液壓地質(zhì)施工鉆機進行鉆孔施工[5]，注漿孔的具體參數(shù)為Ф170毫米，在此施工過程中采用旋噴注漿工藝進行施工，在鉆孔時避免超過透水層1.0米的深度。

四、軟巖地下工程預應力錨索支護施工技術(shù)分析

（一）軟巖地下工程預應力錨索支護施工技術(shù)難點分析

通過上述施工地質(zhì)分析以及施工設(shè)計方案選擇、論證過程可知，該施工工程的施工場地狹窄，而且施工過程中會遇到含水地質(zhì)層，因此在基坑支護施工過程中會出現(xiàn)舊基礎(chǔ)以及眾多施工影響因素，從而為該施工工程造成了巨大的影響。所以，經(jīng)過施工論證評估，施工方認為該施工工程中的主要施工難點為：

首先，施工場地中有大量的大塊條石以及舊鋼筋砼基礎(chǔ)及木樁等，因此對該工程的鉆孔灌注樁施工中的鋼護筒埋設(shè)及鉆孔過程造成了很大的影響，如果施工技術(shù)人員在實際施工中不能有效避開這些不利因素，則會導致護筒埋設(shè)困難、鉆孔系數(shù)不斷擴大及鉆孔出現(xiàn)偏斜等施工故障；

其次，在施工過程中由于工程結(jié)構(gòu)會受到木樁以及舊基礎(chǔ)的巨大影響，因此導致旋噴注漿孔施工過程中成孔的難度不斷增大，而且在某種情況下會對注漿施工效果造成一定影響。

除此之外，在施工過程中，在緊鄰商業(yè)建筑物一側(cè)進行錨索施工時，會出現(xiàn)不明施工影響物，從而大大增加了預應力錨索施工的技術(shù)難度。

（二）軟巖地下工程鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析

除了結(jié)合常規(guī)的圍護樁技術(shù)進行施工之外，由于本施工工程為軟土地質(zhì)施工工程，因此在施工過程中技術(shù)人員重點針對該施工工程的實際特點以及上述施工難點進行了專項施工技術(shù)處理[6]。

首先，在施工中，要采用機械方式以及人工方式進行鉆孔灌注樁的鋼護筒埋設(shè)施工，在此過程中需要有效鑿除鋼筋砼基礎(chǔ)，同時需要通過人工作業(yè)方式采用挖孔樁設(shè)備以及TXB-1000型鉆機、吊車等大型施工設(shè)備處理不良施工地質(zhì)層分布的木樁以及條石和塊石，確保舊基礎(chǔ)的實際埋深深度為5米，如果深度在1米之外，預應力錨索鋼護筒應該在原有長度基礎(chǔ)上再對其進行焊接加長處理，在此過程中要將鋼護筒進行穩(wěn)固，采用大量優(yōu)質(zhì)黏土進行鋼護筒的埋設(shè)回填作業(yè)。再者，由于少數(shù)樁在鉆進施工過程中會遇到木樁及塊石，因此應該采用鉆沖結(jié)合以及優(yōu)化泥漿、反復掃孔等作業(yè)方式避免在鉆孔過程中出現(xiàn)斜孔的情況。

（三）軟巖地下工程旋噴注漿孔施工技術(shù)分析

在采用旋噴注漿施工技術(shù)方式進行施工時，應該嚴格按照一定的施工流程進行施工，首先應該在樁縫之間通過地質(zhì)油壓鉆頭進行鉆進施工，當鉆機進入不透水地質(zhì)層大約1米的距離后，置入漿液噴注嘴，然后通過鉆桿進行注漿施工，邊注漿邊采用螺旋式提升的作業(yè)方式旋噴至注漿孔的孔頂部位，其中要將孔徑參數(shù)控制在170毫米，注漿壓力控制在4-6MPa，水灰比為0.6，旋噴螺旋提升速度為20-25cm/min，孔深應該保持在距強風化巖1米距離處，為了保證施工質(zhì)量，應該重點對鉆孔的垂直度進行控制、調(diào)整，將鉆孔的垂直誤差控制在1%范圍之內(nèi)。

（四）軟巖地下工程預應力錨索施工技術(shù)分析

在預應力錨索施工過程中，要采用300型的液壓地質(zhì)鉆進行鉆進成孔作業(yè)，注漿時要采用水灰比為0.45的純水泥漿進行注漿施工，確保漿液攪拌均勻，邊攪拌邊施工作業(yè)，保證在泥漿初凝時水泥漿用盡，確保預應力錨索的施工效果，本工程為軟土地質(zhì)，因此通過二次注漿作業(yè)進行施工，在預應力錨索中心放置注漿管，與錨索一同被置入注漿孔，保證在一次注漿過程中錨索端部的距離距注漿管端部有效距離為50毫米-100毫米；在二次注漿施工時，應該在中風化巖層的頂端放置二次注漿管，并將二次注漿管的端頭以及出漿部位密封，保證在一次注漿施工時的注漿液不會進入二次施工注漿的注漿管道中。

五、結(jié)束語

綜上所述，本文主要論述了我國某地一交通道路工程的預應力錨索支護工程設(shè)計以及施工技術(shù)應用的相關(guān)內(nèi)容，由于該道路施工工程的地質(zhì)條件較為復雜，因此在施工過程中主要采用冠梁腰擋土墻支護施工以及密排鉆孔灌注樁加預應力錨索施工、外加旋噴止水注漿孔進行樁縫止水施工的組合施工技術(shù)進行施工，這種施工組合支護結(jié)構(gòu)作為該道路工程的基坑擋土防滲支護體系結(jié)構(gòu)，為道路工程施工的耐久性與安全性提供了良好的技術(shù)保障。

參考文獻：

[1]馬建，孫守增，趙文義，王磊，馬勇，劉輝，張偉偉，陳紅燕，陳磊，魏雅雯，葉飛.中國隧道工程學術(shù)研究綜述·2015[J].中國公路學報，2015，v.28；No.14105：1-65.

[2]李向陽，韓立軍，楊靈.軟巖大斷面硐室動態(tài)施工與耦合支護技術(shù)研究[J].礦冶工程，2014，v.34；No.15501：18-23.

[3]佘詩剛，林鵬.中國巖石工程若干進展與挑戰(zhàn)[J].巖石力學與工程學報，2014，v.33；No.28003：433-457.

[4]苗增潤.軟巖條件下隧道內(nèi)錨索豎直向上施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2013，v.42；No.38607：71-74+79.

[5]宗義江，韓立軍，郜建明.極破碎軟巖巷道失穩(wěn)機理與動態(tài)迭加耦合支護技術(shù)研究[J].采礦與安全工程學報，2013，v.30；No.10803：355-362.

[6]伍國軍，陳衛(wèi)忠，楊建平，譚賢君.基于軟弱夾層損傷破壞模型的軟巖巷道支護優(yōu)化研究[J].巖石力學與工程學報，2011，v.30；No.249S2：4129-4135.

作者簡介：趙子瞻（1987-），男，漢族，上海人，碩士學位，副科級職位，中級工程師職稱，研究方向：地鐵及地下工程。

曹 坤（1988-），男，漢族，江西景德鎮(zhèn)人，碩士學位，科員職位，技術(shù)員，研究方向：城市道路、公路工程。