噴錨網(wǎng)支護技術(shù)及在廣州地區(qū)的應用

1、噴錨網(wǎng)支護技術(shù)及在廣州地區(qū)的應用葉世強 白根強一、 工作原理l 基坑噴錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)屬于土體原位加筋技術(shù)，配合機械開挖，采用下行式短臺階下挖方式施工。通過在邊坡設(shè)置高密度小尺寸錨桿群，配合面層鋼筋砼結(jié)構(gòu)組成輕型支護擋土體系。設(shè)計上是以錨桿力逐段分塊平衡土壓力，在密集錨桿的拉結(jié)下，把潛在滑裂面前的主動土壓力區(qū)復合土體加固為具有自撐能力的穩(wěn)定土體。穩(wěn)定性驗算是視錨桿加筋土體為重力式擋土墻，支撐外緣未加錨土體的側(cè)壓力，確保邊坡整體穩(wěn)定性。l 噴錨網(wǎng)的錨桿以高密度的方式布設(shè)，與邊坡土體牢固結(jié)合而共同工作，將主動區(qū)分塊段土壓作為分散荷載傳至破裂面后的穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，群錨在復合土體中起著箍束骨架作用，提高了土坡的

2、抗剪力和整體剛度。坡面面層結(jié)構(gòu)是兩層噴射砼夾雙層鋼筋網(wǎng)，并用加強筋和錨頭牢固焊結(jié)，由于主動區(qū)土壓力的大部分被密集錨桿黏結(jié)力所牽制吸納抵消，使錨噴網(wǎng)面層已不是受力構(gòu)件，而是面層土壓力傳力構(gòu)件，僅僅起保證局部土體穩(wěn)定、不受風化侵蝕的作用。與預應力錨桿不同，噴錨網(wǎng)不設(shè)自由段，全長注漿，抗剪切性能好。一般不加預應力，要求產(chǎn)生有限位移才出現(xiàn)摩擦力。這個意義上可稱為柔性支護結(jié)構(gòu)，可使土壓按平衡原理進行再分配調(diào)整，試驗表明位移量413mm已使摩擦力發(fā)揮到最高點。每條錨桿支撐邊坡面積一般為1.2m22.5m2,故設(shè)計單根錨固力一般不超過100120KN，即使某個單元失效，后果并不嚴重。而預應力錨桿，一般設(shè)計值

3、均超過200KN，故錨頭的錨定處理要非常牢固。當噴錨網(wǎng)支護面貼近重要建筑物或在搶險工程中為了控制位移兩必須在噴錨網(wǎng)中設(shè)定若干預應力錨桿或錨索，這部分設(shè)計和施工均應按土層錨桿技術(shù)規(guī)程進行。l 噴錨網(wǎng)支護起源于隧道礦山井巷支護，隨著施工工藝的進步，廣泛采用超前錨桿、超前高壓注漿錨管，以及注漿錨管棚架等，配合各類止水唯幕，采用聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)，其適用性幾乎推廣到大多數(shù)地層條件。具有施工快捷、設(shè)備輕便、造價較低、位移較小施工安全等優(yōu)點，并在過程中按土質(zhì)情況及時完全調(diào)整設(shè)計，做到信息化施工管理，但對水流侵蝕抵御能力差，水、流砂能使群錨整體失效。二、 設(shè)計要點噴錨網(wǎng)支護設(shè)計參數(shù)主要是確定錨桿密度、錨桿長度和材

4、質(zhì)、止水措施、噴錨網(wǎng)面層結(jié)構(gòu)、以及整體穩(wěn)定性驗算等。決定這些參數(shù)的主要因素是開挖深度、工程水文地質(zhì)條件、地面荷載、鄰近建筑物以及地下管線等。一般土層基坑噴錨網(wǎng)支護設(shè)計經(jīng)驗參數(shù)為：l 群錨布設(shè)縱橫間距：Sx（Sy）=1.1m1.5m,前者為軟弱土層，后者為硬塑土層。l 群錨鉆孔直徑d孔視乎選擇適合土層的成孔施工方法，一般可硬塑土層選擇鉆孔錨桿，d孔=0.110.13m，采用鉆進成孔，一般水下軟弱土層選擇注漿錨管d=4860鋼管，采用打入式成錨，一般巖石采用氣動沖擊成孔或鉆進成孔，d孔=76mm110mm，且在中風化以上巖層成孔深度不宜超過5米。但對裸露巖坡，必須用群錨牢固拉結(jié)巖層層面，節(jié)理裂隙面

5、。錨桿傾角一般以12°15°為宜，除非具備有效的壓力注漿止?jié){塞工藝，錨孔傾角不宜小于8°。為避開地下障礙物或上層軟弱土，傾角可加大到35°。l 錨桿長度在基坑上部一般為L=1.2H1.6H（H為基坑開挖深度），前者適用工程水文條件較好的基坑，后者適用土質(zhì)差、水位高周邊常有動載的基坑。接近基坑底層的錨桿長度通常只有上層錨桿的0.50.7倍，呈倒梯形分布（與土壓力強度分布相反）。因為盡管表層土壓力小，但通常土質(zhì)較差，雨水和外荷交替作用，錨固黏結(jié)力相對較差且較易破壞喪失，盡量布設(shè)較長錨桿可減少位移量，限制裂縫的出現(xiàn)，對安全施工至關(guān)重要。對緊臨道路和建筑物的基坑

6、，首排錨桿最好施加30%的預應力鎖定。l 錨筋材料強度要與錨固力設(shè)計值相匹配，由于采用高密度錨桿，多數(shù)錨筋材料為2528鋼筋或48注漿錨管，除非特別設(shè)置的預應力錨桿才采用更高強度的材料。注漿一般采用水灰比0.40.5的純水泥漿，強度等級不低于M20。l 面層結(jié)構(gòu)包括二次噴射C20C30強度等級細石砼，厚度為1016cm,中間夾有兩層鋼筋網(wǎng)：68200300的綁扎網(wǎng)和焊接錨頭的1416加強筋網(wǎng)。三、 設(shè)計計算的幾個問題l 土壓力分布：噴錨網(wǎng)設(shè)計意圖是用錨桿錨固力分段平衡土壓力，施工是逐級下挖支護，實測證明邊坡面層上土壓力分布與傳統(tǒng)庫輪理論不同， 山西王步云在10.2m高的均質(zhì)土坡中，用PY模型試

7、驗實測土壓力分布，P（側(cè)壓力）=K11（地基水平基床系數(shù)）×Y（坡面結(jié)構(gòu)撓度），原位試驗表明土壓力強度逐漸遞增至開挖高度一半以后，不再增加（見圖1，圖2）。  即eai=me×K×r×hi；  當hiH/2時，取hi=h；  當hH/2時，取hi=H/2；  eai主動土壓力強度；  me=1.11.2工程條件系數(shù)；  r土密度；  h坡高度；  H基坑深度；  K=1/2（K0Ka）介乎靜止土壓力和主動土壓力之間的側(cè)壓力系數(shù)。  K0=1-Sin,Ka=

8、tg2（45°-/2）；  等值內(nèi)摩擦角。  若有地下水和地面堆載q，則水壓不能折減  eai=me×K×(r×hi+q)+rw×h水以上理論是在均質(zhì)土層中實測所得，而自然土層通常都是深層土強度優(yōu)于表層，按上式計算土壓力是安全的。    （KN）      0                             

9、                              10               ea        10     40   60     KPa   庫倫主動土壓力；實測土壓力；簡化計算土壓力。          &

10、#160;         ea                     ea                    KPa   l 潛在滑裂面形式：經(jīng)噴錨網(wǎng)支護處理的均質(zhì)土坡面，采用足尺監(jiān)測試驗，證明其破壞滑裂面不同于庫倫破裂面（按45°+/2）發(fā)展，也不同于有限元分析得出的對數(shù)螺線滑裂面，原位試驗證明：挖深度為H的基坑破裂面在0.75

11、H以上為一垂直平面，離開坡面距離為0.3H，而在坑底0.25H一段則是一個傾角約40°的圓弧滑動面。多數(shù)破壞形式為沿破裂面滑移上挫，上段溜塌下段呈舌弧外突，錨桿與土層之間出現(xiàn)塑行流動，錨桿或者拔出破壞，或者彎曲下挫，甚少面層結(jié)構(gòu)脫落。在設(shè)計計算錨固力時，可取錨桿前段0.3H長度為潛在主動滑以區(qū)，不計算錨固力（見圖3、圖4）。      b                     0.3H         

12、                                                              庫倫破裂面    有限元法所得破裂面    實測破裂面          &

13、#160;                 l 錨桿錨固力設(shè)計。目前主要依據(jù)有兩本規(guī)范：巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-94）；土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范（CECS22:90）。前者對砂層錨桿計算要考慮上覆有效土壓力，對粘性土則利用不排水抗剪強度來計算界面摩擦力。后者則是按各類土層界面黏結(jié)強度（推薦經(jīng)驗值）來計算錨桿界面摩擦力。筆者認為4米高度以上應采用規(guī)范計算錨固力，4米以下則應該采用規(guī)范計算錨固力，部分抗剪試驗資料表明深410米的錨固力主要決定于土層黏結(jié)力，而與上覆土壓力無明顯相關(guān)關(guān)系。但是實際設(shè)計中深4米以上的

14、錨桿設(shè)計，如前所述主要是安全構(gòu)造設(shè)計，規(guī)定錨長為1.2H1.6H是安全的需要，其錨固力遠高于淺層抗衡土壓力的需要。一般錨桿軸向拉力設(shè)計值Rt=×d×gs×Ls  d錨固體直徑  gs土的錨孔界面黏結(jié)強度  Ls錨固體有效長度鋼筋強度要與錨固力相適應設(shè)計截面積為At=Rt/fptk式中fptk鋼筋、鋼絞線強度標準值l 噴錨網(wǎng)內(nèi)部穩(wěn)定分析1) 錨固力極限狀態(tài)×d×gs×Ls/×Sx×Sy1.4（臨）1.8（永）Sx×Sy：錨桿縱橫間距ea：主動土壓力強度2) 錨筋抗斷裂極限狀態(tài)A

15、t×fptk/ea×Sx×Sy1.31.5At×fptk錨筋抗拉強度標準值3) 面層配筋砼板強度抵御水壓力驗算（略）l 外部穩(wěn)定性驗算在保證內(nèi)部穩(wěn)定和整體黏結(jié)的條件下，噴錨體結(jié)構(gòu)可視為重力式擋土墻。1 抗滑動驗算Kg=Rt/Ea1.31.52 抗傾覆驗算Km=Rt×ht/Ea×ha1.33 抗涌淤砂驗算Fs=Mr（抵抗矩）/Md（滑動矩）1.5Mr=R×SudR=R2××CuCu十字板剪切測試土飽和不排水抗剪強度R涌淤滑動體轉(zhuǎn)動驗算半徑Md=W×R/2=（r×H×R/2）&#

16、215;R/2=R2/4×r×Hl 試驗監(jiān)測要求：1 抽檢錨桿數(shù)1%進行現(xiàn)場抗拔試驗。2 水平位移和豎向沉降觀測的設(shè)置。此外，整個設(shè)計過程要將防水止水措施放在首要地位周詳考慮。四、 噴錨網(wǎng)支護施工  施工工藝流程一般規(guī)定如下：  機械開挖人工修坡噴射底層細石砼錨桿成孔清孔安置錨筋與注漿綁扎底網(wǎng)筋并焊接錨頭加強筋噴射面層砼全封閉視土質(zhì)確定齡期進入第二層循環(huán)作業(yè)。l 開挖：步距應與錨桿層距一致，并要按暴露土層的直立能力、浸水情況進行調(diào)整，必要時要進行分段跳挖、采用豎直注漿管棚等措施限制水土涌出，在重要的限制位移變形的地段盡量減少挖深，嚴禁超挖，并盡快噴射底層砼，加速凝劑。l 成孔：按土層和地下水量選擇合理鉆機和鉆具。多用地質(zhì)鉆機或土錨鉆機（YTN-87）。電動液壓鉆機或風動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆機，若采用注漿錨管，則采用風動錘擊成孔。值得注意兩點：一是盡量不用泥漿護壁成孔，免使錨固力大為降低；二是超過10米深孔不宜用手工洛陽鏟，因費用低，成孔快，廣為采用，但洛陽鏟成孔多成水平狀，甚至倒斜角，在之漿閥不完善的條件下經(jīng)常灌漿不滿，錨固力甚低?？孜豢v橫定位允差分別為±10cm±5cm。l 清孔：用壓縮空氣0.50.6MPa吹清殘土或0.15MPa清水洗孔去泥壁，這個工序?qū)μ岣咤^固力很重要。l 置筋與注漿：錨筋要