明開電力隧道深基坑復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)研究

李靜強(qiáng)

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 102600）

隨著土建行業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，在進(jìn)行基槽挖掘作業(yè)與邊坡支護(hù)加固施工時(shí)，土釘墻支護(hù)技術(shù)逐漸讓大家所熟知并廣泛應(yīng)用，土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)工序簡(jiǎn)單、成本低且不占用基坑內(nèi)空間的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為深基坑工程首選的支護(hù)方式，在市政道路電力隧道深基坑支護(hù)工程中起到至關(guān)重要的作用，若要實(shí)現(xiàn)安全、質(zhì)量、進(jìn)度同步并行，需要各級(jí)參建人員掌握支護(hù)技術(shù)在應(yīng)用中需要注意的問題，具備先進(jìn)且高效的施工技術(shù)和管理水平。

1 工程概況及特點(diǎn)

本論文以北京榆祥東路電力隧道基坑支護(hù)為實(shí)例，長(zhǎng)度877.80 m，開挖深度在8.20～10.6 m 之間，地基土層條件較為復(fù)雜，分層開挖次數(shù)較多，邊坡支護(hù)難度大，因此本項(xiàng)目采用的基坑支護(hù)形式為放坡加土釘墻加預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)形式，增加邊坡的穩(wěn)定性，放坡比例1∶0.5～1∶1.0 之間，土釘采用?25 鋼筋，預(yù)應(yīng)力錨桿采用1 根直徑為15.2 mm 鋼絞線，內(nèi)鋪設(shè)?8@200×200 鋼筋網(wǎng)，噴射80 mm 厚C20 混凝土。

地質(zhì)勘察期間，受鉆探工藝影響未測(cè)得地下水位，但根據(jù)《北京第四實(shí)驗(yàn)學(xué)校配套祥和街（榆垡東路-榆平東路）道路及市政工程》本場(chǎng)地勘探深度20.00 m 范圍內(nèi)揭露1 層地下水，地下水類型為層間潛水，水量較少，穩(wěn)定水位埋深10.60～11.0 m，高程14.82～15.53 m；主要賦存于③砂質(zhì)粉土-黏質(zhì)粉土層、③1 粉細(xì)砂層中。因本工程場(chǎng)地緊鄰祥和街場(chǎng)地，因此，本次勘察期間地下水位可參考祥和街地下水位。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

通過施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況結(jié)合設(shè)計(jì)要求，明開電力隧道基坑溝槽深度在10 m 范圍內(nèi)，邊坡支護(hù)安全等級(jí)為二級(jí)，作為臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)工程，對(duì)電力隧道結(jié)構(gòu)施工有著重要的安全保障意義，復(fù)合土釘墻支護(hù)年限控制在1年內(nèi)。在基坑邊坡2 m 范圍處，荷載不大于20 kPa，并且嚴(yán)禁堆載土方及施工材料。

明開電力隧道尺寸寬×高為2.0 m×2.1 m，隧道結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)留800 mm 肥槽，按照1∶0.5～1∶1.0 比例放坡，土釘及水平壓筋采用HRB400 鋼筋，設(shè)置6 排土釘和錨桿，第一排土釘距離開挖后地面高度約為1.5 m，第一道至第六道橫縱間距均控制在1.5 m 左右（最后一道根據(jù)開挖最深深度可適當(dāng)調(diào)整，最下方土釘距離坑底不超過700 mm），土釘桿均選用?25@1500 梅花形布置，具體復(fù)合土釘墻布置見表1。

表1 復(fù)合土釘墻布置

第一道、第三道至第六道為土釘孔，土釘孔直徑100 mm，土釘長(zhǎng)度（含彎鉤）從上到下依次為12.7、12.7、11.7、10.7、9.7 m，土釘下傾角為15°，常壓灌注水泥漿，材料為P.O 42.5 水泥，水灰比控制在0.5～0.55，漿體強(qiáng)度等級(jí)不低于20 MPa。

第二道為預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿長(zhǎng)度16 m，傾斜角度為20°，錨墊板采用18#槽鋼，非錨固段長(zhǎng)度為5.0 m，錨固段為11 m，預(yù)加軸力鎖定值135 kN，鎖定拉力110 kN。

噴射混凝土干料，一般在現(xiàn)場(chǎng)基坑外設(shè)置攪拌區(qū)，使用P.O 42.5 水泥、細(xì)砂、5～10 mm 碎石，在容易出現(xiàn)塌方和不穩(wěn)定施工段落處增加速凝劑或早強(qiáng)劑，以提高面層混凝土的凝結(jié)速度。噴射80 mm 厚C20 混凝土，基坑邊坡坡面布置HPB300?8@200×200 鋼筋網(wǎng)，嚴(yán)格控制鋼筋網(wǎng)間距，鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不少于300 mm。外配?14 水平壓筋焊接并和所有土釘雙“L”鉤相連，焊接長(zhǎng)度300 mm，為保證坡頂穩(wěn)定，在坡頂噴射1.0 m 寬度鋼筋砼翻邊，并在翻邊外側(cè)設(shè)置20 cm 高的擋水墻，保證基坑不受外界雨水的影響，見表1。

3 復(fù)合土釘墻施工工藝

復(fù)合土釘墻施工工藝：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→土方開挖→邊坡修正→布設(shè)孔位→鉆孔施工→插入土釘/預(yù)應(yīng)力錨桿→堵孔注漿→綁扎鋼筋→固定鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→下一層施工，如圖1 所示。

圖1 復(fù)合土釘墻工藝圖

3.1 施工準(zhǔn)備

在施工前提前將錨桿按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行加工焊接，統(tǒng)一將施工段所需錨桿運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)；在施工現(xiàn)場(chǎng)附近設(shè)置可移動(dòng)式的水泥漿攪拌站，隨土釘施工面的變化而移動(dòng)設(shè)備。

3.2 土方開挖

道路較長(zhǎng)采用分層分段開挖，開挖周期段一般控制在30 m 以內(nèi)，也可視邊坡允許變形范圍、自穩(wěn)時(shí)間和施工流程相互銜接情況而定。開挖至基槽底部預(yù)留20～30 cm 采用人工開挖并進(jìn)行邊坡修整。

3.3 邊坡修整

按照設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行分層次、分段落、限時(shí)段開挖，每1.5 m 為一層開挖面與錨桿豎向距離保持一致，不得出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，基坑開挖后進(jìn)行測(cè)量位置、修正坡度、清理余土、保證基坑邊坡順直平整。

3.4 土釘成孔

由項(xiàng)目專職測(cè)繪人員按照?qǐng)D紙要求測(cè)量孔位，同時(shí)設(shè)置定位測(cè)樁，結(jié)合土質(zhì)情況選擇機(jī)械或人工成孔，選用的成孔方法應(yīng)能保證孔壁的穩(wěn)定性、減小對(duì)孔壁的擾動(dòng)。為使鉆孔一次成形，現(xiàn)場(chǎng)采用螺旋桿鉆孔機(jī)進(jìn)行施工，鉆機(jī)的高度和角度可以調(diào)節(jié)，方便施工節(jié)約時(shí)間和成本，有效提高施工效率，如圖2 所示。

圖2 鉆孔施工圖

3.5 預(yù)應(yīng)力錨桿

錨桿與土釘墻的噴射混凝土面層之間應(yīng)設(shè)置腰梁連接，腰梁可采用槽鋼腰梁或混凝土腰梁，腰梁與噴射混凝土面層應(yīng)緊密接觸，腰梁規(guī)格應(yīng)根據(jù)錨桿拉力設(shè)計(jì)值確定，軸向拉力值135 kN 時(shí)，土質(zhì)為砂土?xí)r保持10 min，為黏性土?xí)r保持15 min，然后卸荷至鎖定荷載進(jìn)行鎖定作業(yè)。預(yù)加軸力鎖定值110 kN，設(shè)計(jì)軸向拉力135 kN。

3.6 堵孔注漿

注漿采用一次注漿的方法。注漿材料選用水泥漿，水泥漿的水灰比為0.5～0.55，其試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不宜低于20 MPa。采用重力方法注漿填孔。待上一層土釘完成注漿48 h 后，方可開挖下層土方。為提高土釘?shù)目焖僦ёo(hù)效果，注漿液中加入適量外加劑，摻入量由試驗(yàn)確定。

3.7 土釘施工

土釘采用?25 鋼筋，即釘頭彎鉤加工與釘身支架加工，釘頭加工時(shí)需采用冷彎90°角，釘身支架加工時(shí)要保證3 個(gè)支架在土釘一側(cè)120°角范圍內(nèi)成60°角均勻布置，土釘采用人工推送方式把土釘插至設(shè)計(jì)孔深，根據(jù)設(shè)計(jì)要求施作不同長(zhǎng)度土釘，成孔中如遇建筑物基礎(chǔ)、管線障礙或溝槽底部較窄，不便于土釘入孔且無法避開時(shí)，適當(dāng)調(diào)整土釘長(zhǎng)度或采用切割后焊接方式完成土釘安裝。

3.8 綁扎鋼筋網(wǎng)片

將鋼筋網(wǎng)片固定鋪設(shè)在邊坡上，保護(hù)層厚度不小于20 mm，網(wǎng)片用插入土中的U 型鋼筋固定和長(zhǎng)度0.5 m摩擦鋼筋土釘固定。“U”形卡間距1 m，插入土體100 mm，寬500 mm。鋼筋網(wǎng)片采用HPB300?8 鋼筋，橫豎鋼筋交叉處用鋼絲綁扎或點(diǎn)焊連接，網(wǎng)格為正方形，間距為200 mm，鋼筋網(wǎng)片在每級(jí)臺(tái)階坡腳處斷開。鋼筋網(wǎng)之間的搭接長(zhǎng)度不小于200 mm，一個(gè)網(wǎng)格用火燒絲綁扎結(jié)實(shí)。另外，面層網(wǎng)上每1 m 綁設(shè)一塊砼墊塊，以保證噴射混凝土后，面層鋼筋網(wǎng)留有3～5 cm 的砼保護(hù)層，充分發(fā)揮鋼筋骨架的作用。掛網(wǎng)之后，外配1 根HRB400?14水平壓筋焊接并和所有土釘雙“L”鉤相連，焊接長(zhǎng)度為20 cm。

3.9 噴射混凝土

采用C20 混凝土進(jìn)行噴射，控制粗骨顆粒徑5～10 mm、摻入減水劑及速凝劑使噴射混凝土達(dá)到初凝時(shí)間小于10 min、終凝時(shí)間小于30 min 要求；噴射順序采取自上而下分段進(jìn)行，這樣可有效地避免混凝土因自重而產(chǎn)生裂紋和脫落，合理地劃分噴射區(qū)段，保證噴射質(zhì)量，減少噴射回彈損失，提高功效。混凝土噴射分2 次進(jìn)行，第一次30 mm，第二次50 mm，全部覆蓋鋼筋網(wǎng)片，不得有漏筋情況。根據(jù)分層分段基坑土方開挖后及時(shí)封閉臨空面，在24 h 內(nèi)完成土釘安放注漿和噴射混凝土面層，土釘注漿體及噴射砼面層達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，方可進(jìn)行下一層施工。

4 基坑監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

電力隧道深基坑主要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容：地表和結(jié)構(gòu)物沉降變形、相鄰在建樓體沉降、邊坡傾斜及裂縫情況觀測(cè)、支護(hù)體系傾斜及位移監(jiān)測(cè)、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)和地基變形監(jiān)測(cè)。

4.2 監(jiān)測(cè)目的

通過對(duì)電力基坑的變形監(jiān)測(cè)方式，能夠了解基坑坡面的穩(wěn)定性，掌握臨近建筑物、構(gòu)筑物的變形數(shù)據(jù)，驗(yàn)證基坑開挖支護(hù)計(jì)算的準(zhǔn)確性，確保施工安全。

4.3 監(jiān)測(cè)要求

變形觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿基坑周邊布設(shè)，間距控制在20 m 左右，每側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置3 處，設(shè)置位置在基坑中部、陽(yáng)角處，觀測(cè)點(diǎn)埋深0.5 m。

基坑開挖過程及開挖完成后穩(wěn)定前：1 次/天；基坑開挖完成穩(wěn)定后至結(jié)構(gòu)底板完成前：1 次/3 天；結(jié)構(gòu)底板完成后至回填土完成后：1 次/15 天。具體基坑監(jiān)測(cè)頻率見表2。

5 復(fù)合土釘墻支護(hù)特點(diǎn)

開挖深度小于12 m，坑槽內(nèi)沒有支撐結(jié)構(gòu)，可做到敞開式挖掘，施工機(jī)具、設(shè)備、材料及施工方法簡(jiǎn)單，對(duì)基坑形態(tài)深淺適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的抗震性。

基坑整體密封性好，將全部土坡表面包裹覆蓋，防止地下水從邊坡表面滲出，防止雨季水土流失、積水對(duì)坑壁的侵蝕。

復(fù)合土釘墻依照群體作用力保持基坑壁的穩(wěn)定，如某一根土釘突然失效，相鄰的土釘錨桿會(huì)分擔(dān)其荷載。

施工所需占地空間場(chǎng)地小，移動(dòng)方便靈活，支護(hù)結(jié)構(gòu)基本不占用場(chǎng)地內(nèi)的其他空間。

由于磚孔直徑小，與鋼板樁、鋼管樁等施工方法相比，穿透土層塊石及填石層的效果較好。

隨開挖隨支護(hù)有利于信息化施工，可以按照現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及開挖反應(yīng)出的地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整土釘技術(shù)參數(shù)。

6 復(fù)合土釘墻控制要點(diǎn)及措施

基坑采取復(fù)合土釘墻作為其支護(hù)技術(shù)，因此土釘墻的施工質(zhì)量技術(shù)決定著基坑開挖的安全性。通過結(jié)合工程實(shí)踐，現(xiàn)提出土釘墻施工的質(zhì)量控制技術(shù)措施，供同行參考。

6.1 基坑防水控制措施

水是土釘施工過程中常遇的“天敵”，雨水和工程用水滲入、水管破裂溢水等會(huì)導(dǎo)致基坑邊坡不均勻下滑，抗剪能力減弱造成基坑坍塌滑坡事故，所以必須做好基坑周邊的防排水措施和排水設(shè)備的充足，下滑地面排水坡度不宜小于0.3%，并宜設(shè)置排水溝。

當(dāng)邊坡水平位移過大、變形速率過大或位移曲線不收斂時(shí)，應(yīng)立即停止開挖，并對(duì)已施工完畢的土釘墻進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，加長(zhǎng)加密土釘。采取補(bǔ)強(qiáng)措施后，確保水平位移、下沉等變形已停止，才能繼續(xù)施工。

6.2 地面超載控制措施

地面超載是復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)的又一“大敵”。土方、材料、構(gòu)件、機(jī)具的超載堆放，大型運(yùn)輸車輛隨意改變行車路線等都易導(dǎo)致基坑坍塌事故的發(fā)生。因此，應(yīng)強(qiáng)調(diào)按照施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖進(jìn)行材料、構(gòu)件、機(jī)具、設(shè)備的布置，而施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置應(yīng)與基坑工程設(shè)計(jì)工況相一致。

6.3 嚴(yán)禁超挖控制措施

超挖是基坑工程的又一“大敵”。施工時(shí)因未按照方案要求分層開挖導(dǎo)致基坑坍塌事故率較高，即使沒有出現(xiàn)坍塌滑坡事故，基坑溝槽晾槽時(shí)間過長(zhǎng)出現(xiàn)偏位，同樣導(dǎo)致基坑溝槽的整體安全性降低。所以，依照方案分層開挖是保證施工安全質(zhì)量最有效手段，掌握天氣變化做好各工序的銜接，避免因趕工搶工做出不安全行為。

在不穩(wěn)定土層（如易坍塌的松散砂層或含水的粉土層），采取減小開挖深度和寬度、間隔開挖坡面、設(shè)置豎向超前管注漿等措施，防止開挖后在支護(hù)結(jié)構(gòu)未施工完成之前邊坡局部坍塌。

6.4 成孔過程控制措施

如遇到土質(zhì)不良地段土釘成孔效果不佳，不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的時(shí)候，應(yīng)將土釘做加密處理，通過計(jì)算加長(zhǎng)下一層錨桿長(zhǎng)度，如果上面第一、二排土釘長(zhǎng)度不足，采取地面增設(shè)拉錨，拉錨設(shè)置在距槽邊不小于3 m 的位置，受到有效作業(yè)空間制約的場(chǎng)地應(yīng)考慮遠(yuǎn)離坑槽邊緣位置。

土釘成孔的過程中，若遇到堅(jiān)硬的障礙物，不得強(qiáng)行施工，以防破壞地下管線和構(gòu)筑物，采取適當(dāng)調(diào)整土釘參數(shù)，雜填土中確認(rèn)無地下管線及構(gòu)筑物時(shí)，土釘成孔困難可采用打入直徑1 寸半（1 寸約等于3.33 cm）鋼花管注漿的方法施工。

6.5 土釘檢測(cè)控制措施

對(duì)土釘?shù)目拱纬休d力進(jìn)行檢測(cè)，抗拔承載力檢測(cè)值不應(yīng)小于軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值的1.3 倍。土釘?shù)臋z測(cè)數(shù)量不宜少于土釘總數(shù)的1%，且同一土層中的土釘檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于3 根。

檢測(cè)土釘應(yīng)按隨機(jī)抽樣的原則選取，并應(yīng)在土釘固結(jié)體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行試驗(yàn)。

7 結(jié)束語

通過在榆祥東路明開電力隧道施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用復(fù)合土釘墻施工方法取得了良好效果，能夠有效地解決基坑邊坡的整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)土體的可靠性，防止固定邊坡出現(xiàn)的塌方情況，又節(jié)約成本、加快施工，可為同型類工程提供施工引導(dǎo)。