鋼筋混凝土支護(hù)樁和錨噴支護(hù)在道路施工中的結(jié)合與應(yīng)用

張大永

（北京正遠(yuǎn)監(jiān)理咨詢有限公司，北京 101500）

0 引言

隨著中國(guó)城市的快速發(fā)展，近幾年來，城市地下綜合管線、管廊工程迎來了大規(guī)模的建設(shè)時(shí)期。老舊管線的綜合改造，新城區(qū)地下綜合管廊的新建，在基坑開挖過程中，應(yīng)用了許多新工藝、新技術(shù)，形成了完整的、安全穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。如素噴混凝土、掛網(wǎng)噴射混凝土、錨桿（錨索）掛網(wǎng)噴射混凝土、鋼板樁、鋼筋混凝土樁等施工技術(shù)都在基坑支護(hù)中得到了很好的應(yīng)用。

1 工程概況

北京市密云區(qū)順潮街（京承高速順密路立交—新東路）道路工程位于密云新城南部密云生態(tài)商務(wù)區(qū)范圍內(nèi)。順潮街起點(diǎn)為京承高速順密路立交，終點(diǎn)為新東路，全長(zhǎng)約3.54km；為一級(jí)公路，按照城市主干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度50km/h，紅線寬50～55m，主路雙向四車道。為滿足現(xiàn)況路面排水及遠(yuǎn)期的城市規(guī)劃，順潮街道路工程設(shè)計(jì)四套雨水系統(tǒng)，雨水管道總長(zhǎng)約6517m，模塊式雨水方溝占雨水管道總量的60%；其中，雨水系統(tǒng)四為（圣水泉路—順密路—潮河）新建D500～2 口2800mm × 2100mm 雨水方溝和2 口3500mm × 2100mm～2 口3800mm × 2100mm。 2 口3500mm×2100mm～2 口3800mm×2100mm 雨水方溝位于順密路現(xiàn)況路北幅并下穿京承高速寧村橋，方溝埋深4.5～5.0m，施工方案為不斷路占路施工，溝槽開挖支護(hù)加固方案為鋼筋混凝土支護(hù)樁和錨噴支護(hù)結(jié)合應(yīng)用，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為60m。

地勘地質(zhì)條件：勘察鉆探深度范圍內(nèi)（10.0m）未見地下水，地層第一層為舊路路面結(jié)構(gòu)層，第二層及以下均為密實(shí)的砂卵石層。

根據(jù)工程地質(zhì)條件及施工安全驗(yàn)算確定鋼筋混凝土支護(hù)樁為D500mm 樁，樁長(zhǎng)6000mm，樁間距3000mm；錨噴支護(hù)為C20 混凝土，厚度100mm，混凝土內(nèi)設(shè)Φ6@200mm×200mm 鋼筋網(wǎng)片，錨桿為HRB40016 鋼筋錨桿。

2 施工工藝組織及安排

測(cè)量放線—鋼筋混凝土支護(hù)樁施工—冠梁（鎖口梁）施工—擋水墻施工—管溝第一步開挖（掛網(wǎng)噴射混凝土）—第一步橫向支撐梁安裝—管溝第二步開挖（掛網(wǎng)噴射混凝土）—第二步支撐梁安裝—封底。

2.1 鋼筋混凝土支護(hù)樁施工

鋼筋混凝土支護(hù)樁，基坑支護(hù)是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對(duì)基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護(hù)措施。

2.1.1 測(cè)量放線，確定樁位

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)確定管溝的中心線，根據(jù)管溝的基礎(chǔ)寬度確定開挖線，沿開挖線確定支護(hù)樁樁位。

2.1.2 樁基成孔

樁基成孔的方式有多種，如干作業(yè)成孔、泥漿護(hù)壁成孔、套管成孔等。若工程條件允許，選擇干作業(yè)成孔的施工方式會(huì)大大降低工程成本，更加環(huán)保，樁的質(zhì)量也會(huì)得到有效保障。根據(jù)工程的樁設(shè)計(jì)直徑和深度，以及地質(zhì)條件可采用LQ150 旋挖機(jī)（最大成孔直徑可達(dá)1.0m，深度達(dá)10m）成孔。但由于該工程下穿京承高速橋，作業(yè)凈空不足8m，無法采用旋挖機(jī)成孔，經(jīng)工藝試驗(yàn)后采用小型反鏟挖掘機(jī)挖孔。由于挖掘機(jī)在挖孔過程中對(duì)孔周邊土擾動(dòng)較大，所以在挖掘機(jī)挖掘成孔后，及時(shí)將預(yù)制好的樁模安裝完成（采用HDPE 雙壁波紋管）。在挖掘機(jī)挖孔過程中，嚴(yán)格控制孔的豎直度，將對(duì)周邊土的擾動(dòng)控制在最小的范圍內(nèi)，待樁模安裝后及時(shí)對(duì)樁周邊土進(jìn)行回填并壓實(shí)。

2.1.3 鋼筋綁扎及安裝

根據(jù)工程的實(shí)際條件預(yù)先制作鋼筋籠。在制作好的鋼筋籠最外側(cè)綁扎混凝土墊塊，采用小型吊裝機(jī)具將鋼筋籠吊裝入模。

2.1.4 混凝土澆筑

支護(hù)樁采用C25 商品混凝土?；炷寥肽７謱訚仓⒉捎谜駬v棒分層振搗，分層厚度不超過50cm，澆筑混凝土高度與模板齊平，混凝土自然養(yǎng)護(hù)。

2.2 冠梁（鎖口圈梁）施工

冠梁是將支護(hù)結(jié)構(gòu)中樁頭鎖口，使懸臂樁體在樁頭形成彈性約束，加大樁身水平剛度。根據(jù)工程的實(shí)際情況，冠梁采用600mm×900mm 的C30 鋼筋混凝土冠梁。在冠梁施工過程中，每隔5m 的位置預(yù)埋橫向支撐梁的鋼板，鋼板采用300mm×270mm×10mm。

2.3 擋水墻施工

為確保在管溝施工期間雨水及外部水不灌入溝槽，在混凝土鎖口圈梁處修建擋水墻。擋水墻可根據(jù)工程實(shí)際環(huán)境進(jìn)行修建，該工程采用模塊混凝土（C15）擋水墻，墻寬200mm，高600mm。

2.4 管溝開挖及側(cè)壁錨噴混凝土支護(hù)

2.4.1 土方開挖

管溝槽的開挖應(yīng)根據(jù)工程所處的環(huán)境選擇適宜的開挖方法和機(jī)械。該工程采用單斗反鏟挖掘機(jī)機(jī)械開挖、自卸車出土的方法，在第一步開挖時(shí)預(yù)留“馬道”。在管溝基坑開挖過程中，根據(jù)錨噴混凝土支護(hù)施工技術(shù)規(guī)范與質(zhì)量要求，在平面分段及豎向分層的開挖方式下，及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)。根據(jù)實(shí)際情況采用全段落分層開挖的方式，分層高度為第一層3m，第二層2.2m，分層原則為在確保安全的情況下，滿足小型機(jī)械開挖和運(yùn)輸。在第一步開挖時(shí)，溝槽兩側(cè)需開挖至支護(hù)樁基本完全露出，為第二道縱向支撐梁施工做好基礎(chǔ)。管溝開挖土方及時(shí)運(yùn)出溝槽，嚴(yán)禁在溝槽兩側(cè)堆土。

2.4.2 錨噴混凝土支護(hù)

噴射混凝土是利用高壓空氣，將摻有速凝劑的混凝土混合料通過混凝土噴射機(jī)與高壓水混合，噴射到巖面上，迅速凝結(jié)而成的。錨噴支護(hù)式噴射混凝土是錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等結(jié)構(gòu)組合起來的支護(hù)形式。

錨噴混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)能及時(shí)支護(hù)，有效地控制圍巖的變形，防止開挖面石塊墜落和坍塌，充分發(fā)揮土體的自承能力；錨噴混凝土能及時(shí)支護(hù)和加固土體并且較好地與土體密貼，封閉土體的張性裂隙和節(jié)理，加固土體結(jié)構(gòu)面，有效地發(fā)揮和利用土體間的鑲嵌、咬合和自鎖作用，提高土體自身的強(qiáng)度、自承能力和整體性。由于錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)柔性好，所以能同土體共同變形，構(gòu)成一個(gè)共同工作的承載體系。在變形過程中，調(diào)整土體應(yīng)力，抑制土體變形的發(fā)展，避免坍塌的產(chǎn)生，防止過大的松散壓力出現(xiàn)。在該工程的實(shí)施過程中，采用錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的輔助支護(hù)方式。錨噴混凝土的施工要嚴(yán)格控制混凝土的原材料，驗(yàn)證施工工藝，工后質(zhì)量驗(yàn)收應(yīng)符合厚度及強(qiáng)度的要求。

（1）噴射混凝土的原材料使用要求

（a）水泥：優(yōu)先選用硅酸水泥或普通硅酸鹽水泥，也可選用礦渣硅酸鹽水泥或火山質(zhì)硅酸鹽水泥，必要時(shí)采用特種水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5MPa。該工程采用普通硅酸鹽42.5 水泥。

（b）砂：采用堅(jiān)硬耐久的中砂，并且細(xì)度模數(shù)宜為2.3～2.5。

（c）骨料：采用堅(jiān)硬耐久的碎石，并且公稱粒徑宜為12～15mm。

（d）外加劑：速凝劑（初凝不大于5min，終凝不大于10min）。

（e）水：符合工程用水的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，水中不含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。

（2）施工方法：采用濕噴法（濕噴混凝土坍落度宜控制在80～120mm），混凝土噴射厚度為100mm，混凝土強(qiáng)度為C20。

（a）初噴：初噴緊跟開挖后進(jìn)行，噴射作業(yè)分段分片依次進(jìn)行，噴射順序自下而上進(jìn)行，噴射厚度為50mm，噴射機(jī)的工作風(fēng)壓滿足噴頭處的壓力在0.1MPa 左右，噴頭與受噴面垂直，宜保持0.6～1m 的距離，噴射混凝土的回彈率宜控制在15%以內(nèi)。

（b）錨桿安裝：錨桿采用HRB40016 鋼筋錨桿，布置間距為1.5m×1.5m，錨桿的安裝角度為10，錨桿長(zhǎng)度為1.8m。錨桿安裝在初噴混凝土施工完成后3h（初噴混凝土完全終凝）開始施工。

（c）掛鋼筋網(wǎng)：鋼筋網(wǎng)采用HPB300Φ6@200mm×200mm 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片的搭接長(zhǎng)度不小于300mm，鋼筋網(wǎng)與初噴混凝土的保護(hù)層厚度為30mm。鋼筋網(wǎng)與錨桿或其他錨定裝置連接牢固，在噴射混凝土過程中鋼筋不得晃動(dòng)。

（d）復(fù)噴：錨桿與鋼筋網(wǎng)安裝施工完成后，對(duì)初噴混凝土的表面進(jìn)行濕潤(rùn)即可進(jìn)行復(fù)噴混凝土的施工。復(fù)噴厚度為50mm，施工工藝與質(zhì)量控制與初噴混凝土控制相同。

（e）養(yǎng)護(hù)：噴射混凝土復(fù)噴完成后，對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于3d，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，方可進(jìn)行溝槽的下一步開挖施工。

（f）質(zhì)量控制：厚度可采用鑿孔法或鉆孔取芯法進(jìn)行檢測(cè)，每100m不少于3 個(gè)點(diǎn)，合格率控制在90%以上，厚度的平均值不小于設(shè)計(jì)厚度值，最小值不小于設(shè)計(jì)厚度值的90%。

在實(shí)際施工中，一般不能保證噴射混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。受多種因素的影響，往往在二次噴射混凝土完成后，后續(xù)的施工就已經(jīng)隨之開展。為確保噴射混凝土的強(qiáng)度，在施工過程中必須控制施工配合比，嚴(yán)格按試噴的工藝執(zhí)行。同時(shí)在噴射混凝土過程中，制作同條件試塊以驗(yàn)證施工的黏結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度（也可采用取芯法驗(yàn)證）。

2.5 水平支撐梁施工

水平支撐梁能有效抵消被支撐構(gòu)件在水平方向的內(nèi)力，加強(qiáng)構(gòu)件在水平方向的抗力和變形能力，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

在該工程中，水平支撐梁采用雙拼工18 進(jìn)行支撐。根據(jù)工程的實(shí)際情況，水平支撐梁可在初噴完成后或復(fù)噴完成后進(jìn)行安裝，雙拼工18 與鎖口圈梁預(yù)留鋼板滿焊連接。

2.6 第二道連系梁施工

根據(jù)工程的實(shí)際情況及開挖溝槽的深度、開挖側(cè)壁的穩(wěn)定等各種因素，對(duì)開挖及支撐均采用分層、分步的施工方法。該工程開挖分兩步，支撐梁設(shè)置兩道。在第一步開挖、錨噴支護(hù)及第一道支撐梁安裝完成后，進(jìn)行第二道連系梁的施工。連系梁混凝土施工完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，方可進(jìn)行管溝的第二步開挖。

2.7 第二步開挖錨噴支護(hù)及橫向支撐梁施工

溝槽的第二步開挖應(yīng)根據(jù)作業(yè)的空間，選擇較適宜的開挖機(jī)械和出渣車輛。在土方開挖過程中，嚴(yán)禁機(jī)械設(shè)備對(duì)已經(jīng)完成的側(cè)壁支護(hù)及橫向支撐梁擾動(dòng)，若出現(xiàn)破壞應(yīng)及時(shí)停止施工，并做好破壞處的修復(fù)。第二步土方側(cè)壁開挖面的深度可小于第一步開挖的深度，保證噴射混凝土的厚度；開挖的速度不宜過快，應(yīng)和后續(xù)初噴混凝土的進(jìn)度相協(xié)調(diào)，避免開挖后側(cè)壁不穩(wěn)定面長(zhǎng)時(shí)間暴露。第二步開挖為一次開挖到方溝基礎(chǔ)的墊層底面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的情況及各工作的協(xié)調(diào)情況，在開挖及噴射混凝土的過程中，即可進(jìn)行第二道橫向支撐梁的施工，支撐梁與第一道橫向支撐梁施工工法一致。

2.8 封底混凝土施工

封底混凝土工程是橋梁，特別是大江大河中的大跨徑橋梁施工中常用的一項(xiàng)工程，大多屬于施工封水、創(chuàng)造水中施工環(huán)境的一種手段，而非結(jié)構(gòu)組成部分。目前，封底混凝土施工在沉井施工、大型基坑開挖支護(hù)中也得到了廣泛的應(yīng)用，封底混凝土不但能有效地封閉地下水，還能有效地預(yù)防由于開挖后基底面的隆起而對(duì)側(cè)壁支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來的拉力破壞。封底混凝土施工的最大優(yōu)點(diǎn)為更早使支護(hù)結(jié)構(gòu)形成整體，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和支護(hù)強(qiáng)度。

該工程的管溝基礎(chǔ)開挖后，現(xiàn)狀土體較穩(wěn)定，溝底無滲水現(xiàn)象，故在第二步管溝開挖時(shí)，即一次開挖至基礎(chǔ)底100mm 處。在管溝側(cè)壁噴射混凝土?xí)r，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)底進(jìn)行混凝土噴射，混凝土噴射厚度為100mm，噴射的混凝土可作為工程的基礎(chǔ)墊層使用。對(duì)于基底的混凝土噴射可根據(jù)工程的實(shí)際需要，選擇在噴射混凝土?xí)r增加鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)可做一層或多層。采用噴射混凝土進(jìn)行封底的施工，可隨管溝開挖和側(cè)壁噴錨支護(hù)同時(shí)進(jìn)行，使側(cè)壁支護(hù)更快閉合成環(huán)，對(duì)工程的施工安全起到很大的保障作用。在該工程中，基礎(chǔ)噴射混凝土為厚度100mm 的素混凝土，只作為基礎(chǔ)墊層，在基礎(chǔ)墊層施工完成并混凝土達(dá)到終凝后，在上面鋪設(shè)基礎(chǔ)鋼筋并完成基礎(chǔ)混凝土的澆筑?；A(chǔ)混凝土施工在基礎(chǔ)的縱向兩側(cè)不再支搭模板，基礎(chǔ)混凝土要一次澆筑到側(cè)壁支護(hù)結(jié)構(gòu)面并形成良好的密貼。

3 結(jié)語

鋼筋混凝土支護(hù)樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)在目前的工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用，不但可用于基坑、基槽，同時(shí)還可用于地基承載力不足的地基加固。噴射混凝土、掛網(wǎng)噴射混凝土在處理風(fēng)化、破碎的邊坡時(shí)都得到了很好的應(yīng)用。根據(jù)工程的地質(zhì)情況，增加錨桿有效地提高了邊坡體的整體穩(wěn)定性。根據(jù)邊坡體的地質(zhì)特性及施工的工期及各種因素，考慮增加注漿錨桿，對(duì)周邊土體進(jìn)行注漿加固，更加有效地增強(qiáng)邊坡體的整體強(qiáng)度，從而提高施工過程的安全性。鋼筋混凝土支護(hù)樁和錨噴結(jié)合的支護(hù)同時(shí)解決了支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和邊坡穩(wěn)定性的安全問題，鋼筋混凝土支護(hù)樁抵御基坑、基槽周邊土體的靜荷載及其所傳達(dá)的動(dòng)荷載，錨噴支護(hù)保證了鋼筋混凝土支護(hù)樁周邊土體的整體穩(wěn)定，同時(shí)還起到一定的防水作用，二者的結(jié)合應(yīng)用使工程在安全的前提下順利開展，但增加了工程的施工成本。所以，在考慮鋼筋混凝土支護(hù)樁支護(hù)和錨噴支護(hù)的結(jié)合應(yīng)用時(shí)，應(yīng)做好充分的設(shè)計(jì)，樁徑、樁距及錨噴的結(jié)構(gòu)形式都對(duì)成本有很大的影響，在確保安全施工的前提下還應(yīng)有效地降低施工成本。