紅砂巖地質(zhì)隔水噴錨施工技術(shù)

魏偉　朱宗義

關(guān)鍵詞：紅砂巖地質(zhì);富含地下水;隔水;噴錨支護(hù)

中圖分類號(hào)：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著城市建設(shè)的推進(jìn)，城市發(fā)展的空間逐步轉(zhuǎn)向地下，而噴錨施工技術(shù)因其工藝簡(jiǎn)單，與其它支護(hù)形式的組合較為靈活，且造價(jià)低廉，被廣泛應(yīng)用于各類深、淺基坑支護(hù)施工中。由于蘭州地區(qū)普遍存在著富含地下水的紅砂巖地質(zhì)如圖1所示，使噴錨支護(hù)施工非常困難。且如果砂巖層支護(hù)不夠及時(shí)、效果不夠良好，極易導(dǎo)致基坑涌砂、坍塌事故的發(fā)生。因此，采用隔水噴錨施工技術(shù)來解決紅砂巖地質(zhì)的噴錨支護(hù)施工難題及其必要。下面便結(jié)合蘭州燈泡廠棚戶區(qū)改造項(xiàng)目基坑支護(hù)及降水工程對(duì)該施工技術(shù)展開具體的介紹、分析。

1工程概況

本工程地層及其特征從上到下分別為：（1）雜填土，厚度0.50～3.90m;（2）粉土，厚度1.00～5.00m;（3）細(xì)砂，厚度0.60～2.50m;（4）卵石，厚度3.50～8.30m;（5）強(qiáng)風(fēng)化砂巖，厚度4.60～6.30m，桔紅色，層狀構(gòu)造，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，巖心遇水或暴露在地表較易風(fēng)化。（6）中風(fēng)化砂巖，揭露厚度8.40～17.10m，桔紅色，層狀構(gòu)造，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，該地層遇水或暴露較易風(fēng)化。本工程主要地層土性參數(shù)見表1所列。本工程水位埋深1.2～4.62m，主要含水層為卵石層和強(qiáng)分化砂巖層。該基坑開挖深度為16.1～16.8m，基坑施工至砂巖層時(shí)，由于砂巖的特性與地下水的影響，導(dǎo)致噴錨支護(hù)施工無法正常實(shí)施，從而采用了隔水噴錨施工技術(shù)，及時(shí)保證了基坑安全。

2隔水噴錨施工技術(shù)原理

要有針對(duì)性的解決富含地下水的紅砂巖地質(zhì)的噴錨支護(hù)問題，首先必須清晰了解紅砂巖地質(zhì)的特征及為噴錨支護(hù)帶來的難點(diǎn)。紅砂巖地質(zhì)具有裂隙水豐富、風(fēng)化嚴(yán)重、膠結(jié)程度弱、水理性質(zhì)差，在干濕循環(huán)作用下極易崩解、軟化、膨脹，承載力、粘聚力快速下降的特性。且實(shí)踐表明，通過管井降水措施對(duì)基坑周圍地下水位進(jìn)行降排，水位只能降低至卵石層與砂巖層交接部位，剩余無法實(shí)現(xiàn)降排的地下水大多來自卵石層與砂巖層的交接部位，少量來自紅砂巖本身的裂隙水，且這兩部分地下水在地層開挖后滲流持續(xù)時(shí)間較長。另外，由于地層的高低起伏等原因滲漏點(diǎn)雜亂無章，即便采用引流措施效果也是微乎其微。地下水造成噴錨支護(hù)混凝土面層無法施工，且如果砂巖層支護(hù)不夠及時(shí)、效果不夠良好，極易導(dǎo)致基坑涌砂、坍塌事故發(fā)生。因此，對(duì)富含地下水的紅砂巖進(jìn)行噴錨支護(hù)，其關(guān)鍵在于隔水后及時(shí)支護(hù)。

隔水噴錨施工技術(shù)就是為了及時(shí)解決噴錨施工工藝在富含地下水的紅砂巖地質(zhì)層的施工而改進(jìn)的技術(shù)，在土方開挖至卵石層與紅砂巖層交接部位時(shí)，便開始實(shí)施。通過對(duì)兩層交接部位及砂巖表面采取隔水措施，保證外部噴錨支護(hù)在干作業(yè)環(huán)境下施工。并在隔水層外側(cè)人為增設(shè)噴錨施工基層的方式，實(shí)現(xiàn)在砂巖層表面存在地下水的情況下的噴錨支護(hù)。其對(duì)砂巖層的支護(hù)，一方面體現(xiàn)在形成了完整的支護(hù)體系，從設(shè)計(jì)意圖保障基坑側(cè)壁安全;另一方面體現(xiàn)在對(duì)砂巖層的及時(shí)封閉，保留了原砂巖層本身高穩(wěn)定、承載力的特征，從而保障基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性。

3隔水噴錨施工方法

隔水噴錨施工技術(shù)工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→巖層表面開挖、修整→鋼筋骨架加工→樁身植筋→鋼筋骨架、塑料布、草簾安裝→鋼筋網(wǎng)片綁扎→噴射混凝土面層→排水溝、集水井施工。隔水噴錨施工工藝剖面示意如圖2所示。

3.1施工準(zhǔn)備

（1）待上層噴錨面層施工完成滿7d，方可進(jìn)行下層紅砂巖地質(zhì)層噴錨支護(hù)工作面的土方開挖。土方開挖應(yīng)豎向分層、水平分段，每層開挖厚度不得超過2m，分段長度不宜超過20m。機(jī)械開挖樁間土應(yīng)與樁表齊平即可，避免開挖過深擾動(dòng)砂巖層。

（2）噴錨支護(hù)工作面開挖后應(yīng)及時(shí)延基坑側(cè)壁開挖臨時(shí)排水溝及集水井，將滲漏地下水有組織收集，并經(jīng)三級(jí)沉淀后排入市政管網(wǎng)，以防地下水浸泡基坑，影響施工。

（3）施工前按照勞動(dòng)力需求計(jì)劃及設(shè)備需求計(jì)劃合理安排各工序施工人員及設(shè)備投入。提前組織塑料布、草簾、鋼材、水泥、砂、石等材料的進(jìn)場(chǎng)。

3.2巖層表面開挖、修整

（1）為避免機(jī)械開挖擾動(dòng)砂巖層，且防止待支護(hù)砂巖長時(shí)間暴露在外界環(huán)境中，砂巖層表面預(yù)留300mm采取人工進(jìn)行開挖、修整。

（2）由于卵石層與砂巖層交接部位地下水滲漏量較大，修整時(shí)，可在交接部位下方砂巖層表面剔鑿漏斗狀引流槽，以減少滲漏水對(duì)整個(gè)砂巖表面的沖刷作用。

（3）修整后樁間土應(yīng)較樁表深300mm。同時(shí)，樁表不得殘留泥土、砂石等。樁間土修整后應(yīng)平整，有利于塑料布、草簾、鋼筋骨架緊密貼合砂巖表面，巖層表面的開挖、修整應(yīng)按臨時(shí)排水溝中水流的流向依次施工，以防止落土封堵臨時(shí)排水溝，造成水流不暢。

3.3鋼筋骨架加工

骨架鋼筋選用C16鋼筋，垂直支護(hù)樁方向自上而下每間隔500mm布置水平鋼筋骨架一根，水平鋼筋下料時(shí)應(yīng)考慮焊點(diǎn)距離植筋基材混凝土表面大于15d（d為鋼筋直徑）。平行支護(hù)樁方向設(shè)置2根通長鋼筋骨架，水平間距與水平鋼筋骨架長度相同。加工好的鋼筋骨架，在樁身植筋前預(yù)先放置于植筋鋼筋與巖層表面之間，待植筋完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后便可安裝鋼筋骨架。

3.4樁身植筋

（1）植筋孔位布置在距離巖層表面約50mm的兩側(cè)樁身上，應(yīng)能保證草簾與塑料布安裝后可緊貼巖層表面。從上層噴錨支護(hù)面層底部開始依次向下，每隔500mm間距水平布置孔位一對(duì)。

（2）鉆孔時(shí)，鉆頭盡量與巖層表面保持平行。鉆孔后，應(yīng)立即洗孔清孔植筋，若不能及時(shí)植筋，及時(shí)防護(hù)孔口，防止建筑垃圾落入，影響植筋效果。

（3）為能提高隔水噴錨施工的施工效率，應(yīng)盡量選用固化時(shí)間短的植筋膠。植筋的鋼筋選用C16鋼筋，鋼筋下料長度應(yīng)考慮焊點(diǎn)距離植筋基材混凝土表面距離及鋼筋搭接焊長度。

3.5鋼筋骨架、塑料布、草簾安裝

（1）鋼筋骨架采用焊接的方式連接，單面焊接長度不小于10d（d為鋼筋直徑）。采用降溫措施以防止焊接熱量把混凝土燒炸。焊接所采用的焊條滿足相關(guān)要求。

（2）選用的草簾厚度不宜小于40mm，草簾采用扎絲固定在鋼筋骨架內(nèi)側(cè)，鋼筋骨架與草簾共同將塑料布?jí)壕o貼在砂巖面層上。由于塑料布與草簾均為易燃物，安裝需待焊縫溫度降至常溫后再進(jìn)行。

3.6鋼筋網(wǎng)片綁扎

鋼筋網(wǎng)片采用A6鋼筋，橫縱間距200mm×200mm均勻綁扎在鋼筋骨架外側(cè)，若鋼筋長度不足需要搭接時(shí)，綁扎搭接長度不小于35d（d為鋼筋直徑）。鋼筋網(wǎng)與鋼筋骨架的綁扎應(yīng)確保綁扎到位，相鄰綁扎點(diǎn)的鐵絲扣要成八字形，并應(yīng)綁扎牢固，防止噴射混凝土?xí)r松動(dòng)位移。

3.7噴射混凝土面層

（1）混凝土面層采用C20混凝土，噴射厚度不小于80mm?；炷梁穸瓤刹捎迷谥ёo(hù)樁側(cè)壁標(biāo)記的方式進(jìn)行控制，不得在待支護(hù)面上打入短鋼筋標(biāo)志作為混凝土厚度的控制措施，以免扎破塑料布而造成隔水失效。

（2）面層噴漿時(shí)，由底部逐漸向上部噴射，分層噴射，確保厚度及表面平整。噴嘴與噴射面盡量保持垂直，以減少回彈，確保噴射混凝土的質(zhì)量。待支護(hù)面與樁、上層噴錨面層的結(jié)合部位應(yīng)妥善噴射，不能存在漏噴部位。

（3）噴射混凝土終凝2h后噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)氣溫確定，一般不小于7d。

3.8排水溝、集水井施工

（1）噴錨支護(hù)施工至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)立即延基坑底部進(jìn)行正式排水溝與集水井的施工，將滲漏地下水有組織收集，并經(jīng)三級(jí)沉淀后排入市政管網(wǎng)。

（2）由于砂巖層裂隙水豐富，采用的砌體形式的排水溝可能造成地下水向坑內(nèi)四散外滲，這里采用一種專門用于紅砂巖層的具有隔水、排水功能的排水溝做法如圖3所示，在滿足紅砂巖層隔、排水的同時(shí)，可增加排水溝上部空間的利用率。具體做法如下：開挖400mm×400mm排水溝，排水溝立面及底面鋪設(shè)5cm厚草簾，草簾上鋪設(shè)一層2000目密目網(wǎng)，然后填充級(jí)配良好的卵石濾料，卵石粒徑為20～40mm。濾料填滿平整后上面鋪設(shè)一層塑料布，塑料布上澆筑10cm厚的C20混凝土墊層。

4施工效果檢查

通過對(duì)原材料、混凝土配合比及各工序施工質(zhì)量的層層把關(guān)，混凝土面層噴射完成28d后對(duì)留置的混凝土試塊及鉆芯取樣樣品進(jìn)行檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度、厚度符合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

本工程紅砂巖地質(zhì)噴錨支護(hù)施工于2019年5月開始，于2020年年底已全部完成。截至2021年5月，部分紅砂巖地質(zhì)噴錨支護(hù)已完成約兩年（該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效期為1年）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，噴錨支護(hù)面層無裂縫、脫落、坍塌等現(xiàn)象。施工期間經(jīng)監(jiān)測(cè)組對(duì)該基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，基坑頂部水平位移最大累計(jì)值12mm，豎向位移最大累計(jì)值9mm，監(jiān)測(cè)結(jié)果均在報(bào)警值范圍以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，基坑處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

5隔水噴錨施工優(yōu)缺點(diǎn)

從隔水噴錨施工技術(shù)在蘭州燈泡廠棚戶區(qū)改造項(xiàng)目基坑支護(hù)工程的實(shí)際運(yùn)用中可以看出，其在施工中的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）該技術(shù)僅在原噴錨支護(hù)施工工藝的基礎(chǔ)增加了隔水層及再造噴錨基層，便實(shí)現(xiàn)了噴錨支護(hù)在富含地下水的紅砂巖地質(zhì)層的噴錨支護(hù)施工的可行性，施工工藝較為簡(jiǎn)單，操作相對(duì)快捷;（2）因鋼筋骨架與支護(hù)樁的連接點(diǎn)較多，加強(qiáng)了隔水噴錨支護(hù)與支護(hù)樁的支護(hù)整體性，使噴錨支護(hù)更加可靠安全;（3）人為增加的草簾噴錨基層相對(duì)修整后的巖層表面更加平整，有利于噴錨面層整體厚度的控制，可有效節(jié)約砂石、水泥材料。但是，隔水噴錨施工也有其缺點(diǎn)：（1）隔水噴錨對(duì)紅紗巖地質(zhì)的地下水僅起到隔水效果，久而久之會(huì)對(duì)完成噴錨支護(hù)的巖層表面形成沖刷作用，且每層土方開挖時(shí)必須延支護(hù)樁底部開挖臨時(shí)排水溝以收集滲漏水，增加了土方開挖成本;（2）由于紅砂巖地質(zhì)裸露后易崩解、軟化，紅砂巖地層開挖后隔水噴錨施工應(yīng)及時(shí)，導(dǎo)致分段開挖長度短，支護(hù)施工人員需求量嚴(yán)格;（3）隔水噴錨面層需緊貼紅砂巖表面，隔水層與噴錨基層不易安裝。

6結(jié)束語

從以上隔水噴錨施工技術(shù)的實(shí)施效果可以看出，隔水噴錨施工技術(shù)對(duì)紅砂巖地質(zhì)的支護(hù)效果比較明顯，可有效解決噴錨支護(hù)施工在紅砂巖地質(zhì)運(yùn)用的不足。且其構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工快捷、建設(shè)成本低，是紅砂巖地質(zhì)基坑支護(hù)的低廉高效的施工方法，具有很好的推廣意義。