摘 要 武广客运专线某隧道出口暗埋明挖段基坑开挖深度在24.19～13.72m之间，开挖边坡坡率为1：0.3，在距开挖底约8.4m的高度设置宽1.5m的碎落台。本基坑属于深基坑，安全等级一级，放坡边坡高而陡。本文系统介绍了在高陡边坡地段防护形式采用“摆喷桩墙止水帷幕+土钉喷锚”综合支护技术，可供工程技术人员参考。
关键词 止水帷幕;土钉墙;深基坑;高陡边坡;防护
Abstract: This paper introduced the high and steep slope section protection form use a “swing jet grouting pile wall water-stop curtain + soil-nail sprayed anchor "combined support technology, for the engineering and technical personnel reference.
Key words: water stop curtain; soil nailing wall; deep foundation pit; high and steep slope protection;
中图分类号：TV551.4
0 前言
目前，我国山区高速铁路建设迅猛发展。在高速铁路及客运专线的修建中，出现大量的深挖路堑与隧道暗埋明挖基坑边坡，其防护问题非常突出。为了满足安全可靠和经济合理双重目标，对高陡边坡治理工程方案的慎重选择显得十分重要。
隧道暗埋明挖基坑的高陡边坡，一般都属于临时挡护工程，待明挖段衬砌施工完成后，就进行浆砌片石、土石回填，但因现场实际施工组织安排情况，其间边坡暴露时间也会长达6个月～2年左右。位于城市地段的高边坡防护，更是对居民区居民、基坑内工作人员生命安全、基坑内结构物安全等，具有非常大的影响意义。
1 工程概况
为了截除地下水向基坑的渗漏，设计采用摆喷墙进行止水、堵水。摆喷墙距土钉边线1m，摆喷墙最薄处厚度0.2m，间距1m，伸入风化岩层不小于0.5m。
明挖段设计采用土钉墙进行边坡防护，土钉由Φ25～Φ28螺纹钢筋杆体和水泥浆共同组成，土钉间距边坡位置为2×2m(竖×纵)，呈正方形布置，用潜孔钻机成孔，高压风吹净孔内碎屑、浮尘，插入螺纹钢钉材并使其居中，然后压入压注M10水泥砂浆即成土钉。
1.1水文地质情况
该隧道出口明挖暗埋段及引道工程属浏阳河Ⅰ级阶地或其影响地带，其下部广泛分布的砾石类土由于其空隙率大，渗透性强，属强富水透水地层，洪水期地下水具有一定的承压性，且河漫滩区距浏阳河主河道较近，地下水与河流水联系密切，当隧道明挖地段或引道段揭露该组含水层，极易产生大规模的涌突水事故。
1.2地下水控制
(1)基坑排水系统：基坑内设计降水孔，以降低地下水位，减小砂砾层潜水隐患。
(2)排水沟：坡脚、坡顶均设置一圈排水沟，尺寸为：30cm×30cm(底宽×高)，坡脚排水沟汇集边坡排出的水，坡顶排水沟拦截坡顶雨水并用于接受坑底抽水。坡顶排水沟以明沟形式排泄，汇集水排入城市防洪沟渠。
1.3基坑边坡支护结构
明挖基坑高边坡支护采用“预应力土钉+钢筋网+喷射混凝土”土钉墙复合支护，具体支护采用如下形式：土钉最大深度18m，间距为2.0m×2.0m;φ8钢筋网，采用C20喷射混凝土对坡面进行封闭，喷层厚度10cm。
2施工工艺及控制要点
2.1施工方案
在进行明挖段施工之前，首先进行摆喷墙以及地表的截水沟施作，做好基坑的止水、排水工作。摆喷墙采用XY-4型液压钻机进行钻孔施工，根据施工总长度，采取分区、分段，多台钻机同时作业的方式进行施工，采用单管法进行高压喷射注浆。开挖顺序自上而下，每次开挖高度2～3m，并及时按设计要求做好边坡防护。
基坑开挖土质地段采用挖掘机开挖、人工修坡、15t自卸式汽车运输。石质地段首先应考虑采用铣挖机配合破碎锤开挖，挖掘机配合自卸式汽车装运石渣。当石质坚硬，用铣挖机、破碎锤开挖有困难或效率低下时，采用爆破法开挖。
边仰坡采用土钉墙进行防护，根据土钉的施作长度，施工过程采用水平钻机进行打眼，挤压泵注浆，喷射混凝土采用3台TC500湿喷机作业。
明挖基坑边坡防护主要设备投入
|
设备名称 |
型号 |
数量 |
备注 |
设备名称 |
型号 |
数量 |
备注 |
|
水平地质钻机 |
XY-1 |
4 |
土钉 |
吊车 |
G4-10T |
2 |
移钻 |
|
钻机 |
XY-4 |
4 |
摆喷桩钻孔 |
高压泵 |
3DZ-S/75 |
4 |
高压送水 |
|
引孔泥浆泵 |
|
6 |
泥浆循环 |
空压机 |
VFY-6/7 |
4 |
高压送气 |
|
排浆泵 |
DYN50-32 |
4 |
排浆 |
测斜仪 |
|
2 |
测孔斜 |
|
搅拌机 |
WJQ80-1 |
4 |
制浆液 |
回灌泵 |
HB80 |
8 |
|
2.2摆喷桩墙施工
2.2.1工艺流程
为了截除地下水向基坑的渗漏，设计采用摆喷墙进行止水、堵水。摆喷墙距土钉边线1m，摆喷墙最薄处厚度0.2m，间距1m，伸入风化岩层不小于0.5m。
2.2.2参数控制
隧道明挖段基坑摆喷桩墙技术参数一览表
|
控制项目 |
单位 |
技术参数 |
|
浆 液 |
压力 |
MPa |
20 |
|
流量 |
L/min |
80～100 |
|
喷嘴孔径 |
mm |
2 |
|
喷嘴个数 |
个 |
2 |
|
注浆管 |
提升速度 |
cm/min |
20～25 |
|
旋转速度 |
r/min |
20 |
|
外径 |
mm |
42.5 |
2.2.3施工过程
高压摆喷桩的施工采用钻机钻孔，然后插入旋喷管进行喷注水泥浆的方法来完成，其施工工序主要包括孔位放样、钻孔、浆液配制、摆喷注浆。
(1)孔位放样
高压摆喷桩孔距为1.0m，在施工前，根据设计要求以及边坡开挖线位置，首先要进行准确放样。
(2)钻机就位
钻机设置在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5%。钻机就位后应进行水平、垂直校正，钻杆应与桩位吻合，偏差控制在10mm内。
(3)钻孔
采用XY-4型地质钻机钻注浆孔，钻孔孔径为97mm。钻孔时钻机要平衡，开孔孔位要准确，钻孔垂直度偏差≤1%，确保旋喷管能顺利导入孔底。根据钻孔桩施工的地层情况，在砂层等不利地层处钻孔时，采用泥浆护壁，泥浆的主要性能指标控制为：比重1.2～1.3含砂量<5%。
(4)插管
当钻孔完成后即将旋喷管插至孔底。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管。高压喷嘴要用塑料布包裹，以免泥土堵塞。
(5)浆液配制与喷射作业
水灰比为1:1～1:1.5，采用立式搅拌罐搅拌。浆液用42.5号普通硅酸盐水泥和自来水配制，然后以设计要求的技术参数进行摆喷，浆液比重≥1.45t/m3。在摆喷过程中，经常检查高压水泵和浆液压力、注浆管提升速度及孔口冒浆情况，注浆量应达到设计要求，控制冒浆量可采用：在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，或者适当缩小喷嘴孔径，加快提升速度等方法，并随时做好记录。
由于摆喷桩止水的效果往往取决于砂层的成桩质量，因此在砂层段采取减慢提升速度或复喷的办法，保证成桩质量。
(6)冲洗
喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆，通常将浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管以及软管内的浆液全部排除。
摆喷桩钻孔过程所产生的废浆经沉淀处理后，废水经处理后排入下水道，余碴堆至临时堆碴场，摆喷注浆产生的废浆，则排至废浆池硬化后及时外运。
(7)效果检查
摆喷墙加固宽度最薄处不小于20cm，摆喷喷墙施作以后，确保加固土体单轴抗压强度不小于2.0Mpa。
2.2.4摆喷桩控制要点
(1)设备安装平稳对正，开孔前须严格检查桩位和开孔角度。
(2)保持引孔泥浆性能，孔壁完整，不坍孔，确保高喷管顺利下至孔底。
(3)高喷管下至距孔底0.5m时，应先启支浆泵送浆，同时旋转下放，下至于孔底(开喷深度)后，再启动高压泵和空压机，各项参数正常后方可提升。
(4)高喷作业中，必须注意观察水、气、浆压力和流量达到设计要求，发现异常，要立即停止提升，查明原因，及时处理。
(5) 因故停机(卸管或处理故障)时，需将近高喷管下放至超过原高喷深度0.1-0.5m处，重新开机作业，以避免回结体出现新层。
(6) 遇有较大砾石层或较硬地层时，降低提升速度，高喷参数不正常孔段应复喷。
(7) 遇漏水孔段，停止提升，继续注浆，冒浆正常后再提升;漏水严重时应采取堵漏措施，并做好记录。
(8) 采用两序施工(间隔一个)防止串孔。
(9) 及时回灌，保持孔内浆满;连续施工时可采用冒浆回灌。
(10) 分节拆卸高喷管时，动作要快，尽量缩短停机时间。
2.3 土钉墙施工
2.3.1工艺流程
土钉墙施工紧随基坑土方开挖进行，按分段、逐级、自上而下的顺序施工。
其施工程序为：土方开挖→人工修坡→钻土钉孔→插入土钉钢筋→注浆→挂网→焊加强筋→喷第二层砼→下一层土方开挖。
土钉墙施工工艺流程图见下图
2.3.2施工过程
(1)材料及工艺试验
土钉支护施工必须先进行现场的工艺性试验，在专门设置的非工作钉上进行抗拔试验直至破坏，用来确定极限荷载。用来做测试验的土钉其注浆体抗压强度一般不小于6Mpa，试验采用分3级加载，土钉施工前先进行现场拉拔试验，抗拔力应大于设计的1.25倍。工艺试验满足要求后，再进行全段的施工。
(2)坡面开挖施工
根据施工地段的地质情况、施工机具、施工周期及现场施工流程的相互衔接，确定适宜的开挖深度和开挖长度，并快速组织施工。机械开挖土质边坡时，预留了0.3m的边坡保护层，石质边坡不预留保护层。施工中根据土钉钻孔机具作业高度确定了每层挖深为2～3m，根据砼喷射机的生产能力确定纵向分段开挖长度不大于40～50m。
(3)刷坡
边坡预留的0.3m保护层采用人工刷坡，机械配合清运，用高压风吹净坡面碎屑、粉尘等杂物，使岩面形成平整而规则的坡面。
(4)施工土钉
边坡刷完，坡度检查无误后，采用潜孔钻机钻孔，钻孔采用干钻。孔径为φ110mm，倾角15°。成孔后用高压风清孔，严禁用水冲洗，清孔后使用定位架，插入预先做好的螺纹钢钉材，并使其居中，然后压入水泥浆，压实压满为止。浆液采用M10水泥砂浆，水泥砂浆配合比以1：1～1：2(重量比)为宜，水灰比控制在0.4～0.5。遇砂层时应采用二次注浆，提高注浆压力。土钉孔位的允许偏差不大于150mm，钻孔的倾角误差不大于3°，孔径误差为+20mm，-5mm。
(5)挂网
当锚杆水泥净浆达到设计强度的70%后，即可挂网，并使其紧贴坡面，钢筋网与锚杆焊接在一起。
(6)喷射砼
完成挂网后，喷射砼，喷射总厚度10cm，喷射砼的厚度检验采用埋设钢筋标尺的方法进行。
(7)养生
喷射砼初凝快，7天内收缩变形较大，要在初凝后覆盖洒水养生，养护时间为10～14天。待上层土钉墙形成后，再进行下一层开挖，进入下一循环施工。
2.3.3土钉墙施工控制要点
(1)基坑分层开挖要按照设计及开挖情况控制每层开挖高度和长度，确保坡体稳定。
(2)脚手架搭设前必须先对现有边坡的稳定情况进行观察，确定安全后再搭设脚手架。钢管支架立柱应置于坚硬稳定的岩石上，不得置于浮渣上;立柱间距1.5m。架子宽度1.2～1.5 m;横杆高度1.8m，以满足施工操作。
(3)加固坡体中部，在此处加设6m/根的φ28平台砂浆锚杆，控制坡面变形。
(4)及时封闭及时加固：初喷在基坑开挖后要立即进行，钻孔、注浆、下锚应分段进行，确保及时封闭坡面，加固坡体。
(5)挂网要搭接牢固或焊接，联成一体，共同受力，抑制坡面变形。
(6)做好排水，包括浅层及深层排水，避免水害。
3 结束语
通过该隧道明挖段基坑防护的工程实践表明，摆喷桩墙+土钉墙这种新式的防护结构物对高陡边坡防护是安全有效、经济合理、而且利于环保，设计与施工中重点考虑了以下问题。①边坡稳定。土钉墙坡面防护，使边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差与温度变化的影响;摆喷桩墙坡顶防护，有效防止和延缓了流沙层地段软岩土表面的风化、破碎、剥蚀演变过程，从而保护高边坡的整体稳定性。②安全经济。基坑开挖在保证安全的前提下，采用了高陡边坡形式，减小了开挖、回填数量，产生了可观的经济效益。③环境保护。高陡边坡形式，使工程对环境的扰乱程度减少到最小，充分体现了人工构造物与自然环境相协调。
参考文献：
[1] 杨航宇，颜志平，朱赞凌，罗志聪，公路边坡防护与治理，人民交通出版社
[2] 王秉纲，王选仓，祝海燕，等。边坡防护设计与施工技术规范研究[R].2002.
[3] 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)，中国建筑科学研究院编写，北京，1999
[4] 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086—2001)，国家质量监督检疫总局，北京，2001
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探讨高陡边坡防护工程施工技术
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