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摘要：肇兴大桥深基坑原地面边坡陡峻，横坡大于45°，基坑开挖深度30m，且在开挖坡顶外2m处为该桥上山施工主便道，开挖坡脚下方为备用房电机组房屋以及肇兴河，本文主要介绍对该深基坑开挖施工防护的有效控制，科学施工，确保施工主便道及其他设施的安全。
关键词：深基坑；施工防护；有效控制
一、工程及环境概况
1、厦蓉高速公路贵州境水口（桂黔界）至榕江格龙段AT5标肇兴大桥上部结构采用6×40米T梁+83+2×150+83米预应力连续刚构+3×40米T梁。下部结构最大墩高113米，主墩采用双薄壁空心墩，嵌岩群桩基础，每个主墩分别设置一个21.70m×24.25m×5.50m的C30混凝土大体积承台。
2、9#主墩墩高64m，位于肇兴河榕江岸半山坡上，地势陡峻，地面横坡较大，基坑底面距开挖坡顶30m，距离肇兴河面高50m。深基坑开挖尺寸为宽28m，长32m，深30m，下口为矩形状，上口为圆弧状。
二、场地工程地质条件
1、桥位区地处贵州高原东南山区向广西丘陵过渡的斜坡地带，位于黎平县肇兴乡北约1.5公里，桥区附近海拔379.00～572.00米，相对最大高差193.00米，大桥横跨肇兴河及一县道，桥轴线通过的地面高程为379.00～506.00米之间，相对最大高差127米，两桥台地形较陡，植被发育，基岩零星裸露。桥区地貌类型属冲蚀、剥蚀型中低山河谷地貌。
2、根据地质勘察报告，场区内地层由上覆第四系残坡积层（Qel+dl）亚粘土、冲洪积层粗砂土（Qal+pl）、卵石（Qal+pl）及下伏基岩为震旦系下统南沱组第三段（Zanc）变余砂岩组成。
三、基坑防护方案
坡面采用地梁锚索加固，并设置锚杆框架式植草防护。
四、施工要求
1、锚索施工材料及注意事项
1.1、9#主墩承台基坑边坡B型锚索长度为25m，自由段长8m，锚固段长17m。
1.2、锚索垂直坡面施工。
1.3、预应力锚索采用270级（1860Mpa），无粘结钢绞线。锚固段扩张环与紧箍环每隔1m间隔设置，紧箍环系16号铁丝绕制，不少于两圈，自由段每隔2米设置一道架线环，以保证钢绞线顺直，架线环中的钢管外径为60mm，壁厚δ=2.8mm。
1.4、导向帽采用外径φ60mm，壁厚3.5mm的普通钢管加工制成，钢管前端加工成锥形。
1.5、浆材：水泥砂浆采用早强型425以上硅酸盐水泥，加入水泥用量的0.6％的UNF-5高效减水剂，水灰比0.38，膨胀剂采用硫铝酸盐水泥，浆材的配方比为：硫铝酸盐水泥：水泥：UNF-5＝38：10：90：0.6，锚固段注浆要求自孔底一次性压满M35水泥砂浆，注浆压力≥0.6Mpa，砂浆灌注必须饱满密实，第一次注浆完毕，水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补浆。
1.6、集料
1.6.1、砂浆：锚固段砂浆强度要求≥35Mpa。
1.6.2、水：不得采用污水及PH值＜4的酸性水，注浆水泥外加三乙醇胺（早强剂），其用量为水泥的3％。
1.7、锚孔直径取φ110，造孔应先选用带套管的潜孔冲击钻，严禁加水钻孔，钻孔精度要求倾角偏差小于1°，方向偏差小于1°；并应尽量缩短预应力锚索的施工周期，及早对边坡施加预应力，才能充分发挥其性能。
1.8、预应力筋采用5束D＝15.2mm的钢绞线，锚索荷载设计值为625KN，预拉值为687.5KN，锁定值为687.5KN。当锚固段注浆体与地基梁达到设计强度的70％后即可进行张拉，张拉时每根钢绞线最大张拉控制力为125KN，每根锚索为5×125 KN。先取30KN的荷载，进行单根预张拉，使其各部位接触紧密，钢丝或钢绞线受力均匀后，再进行整索张拉。张拉分五个级别，前四级为设计拉力的25％，50％，75％，100％，分别持荷5分钟，最后一级为设计拉力的110％，持荷30分钟。施加预应力完毕后机械切除外露的多余钢绞线，严禁电割。施加拉力时应随时观察地基梁的变化，如有异常应暂时停止。
2、锚杆框架式植草防护施工材料及注意事项
2.1、框架由C25混凝土及钢筋骨架构成，框架宽30cm，厚30cm。框架嵌入岩层20cm。
2.2、为防止施工过程中骨架发生偏移和下垂，骨架下面由φ6.5锚钉锚固于深度不小于0.4m，以固定为准。
2.3、为保证混凝土框架外形平整直顺，钢筋骨架两侧面安装镀锌电焊网，并绑扎固定于钢筋骨架。
2.4、钢筋骨架节点由Φ25螺纹钢筋粘结固定，锚杆固定深度7米，锚固角度为25°，锚杆外露端头与钢筋骨架箍筋焊接连接，并设弯钩连结。
2.5、框架内采用拉伸网植草进行坡面防护。
3、井字地梁施工材料及注意事项
3.1、地梁采用C30混凝土浇筑，须嵌入坡面至少20cm。
3.2、每根地梁上预埋内径φ120mm塑料管锚孔。
3.3、一号钢垫板中孔120mm，浇注在地梁上，二号钢垫板中孔90mm，在锚索张拉时垫上。
五、施工工艺流程方法
1、施工工艺流程图
防护施工工艺流程图
2、施工方法
2.1、边坡开挖
开挖时应尽量减少对边坡岩体的扰动，根据设计要求分级施工，第一次开挖高度为坡顶至第一节井字地梁底面高差。土质及全风化边坡采用人工配合挖掘机开挖，强风化边坡采用深孔爆破，但至设计边坡附近约2～3m时宜采取微震开挖，实施浅孔预裂和光面爆破，自上而下施工，开挖后尽快进行坡面防护。严格控制超欠挖，保持边坡平顺，对超挖部分要求先找平后再进行下一道作业。
2.2、定位、造孔
为提高钻孔效率和保证钻孔质量，采用潜孔冲击式钻机造孔。用经纬仪放出基线和定出孔位，用方向架定出锚索方向，调整机位。钻进前按锚索设计长度将所需钻杆摆放整齐，钻杆用完时孔深即到位（考虑到钻杆长度误差，要求钻孔超深不小于50cm），安上冲击器、钻头，接好管路即可开钻。钻进中钻具的斜度应与定位器所定斜度一致，每隔5m用测角仪校正钻孔方向一次。钻孔结束逐根拔出钻杆和钻具，将冲击器清洗好备用，并以高压风吹净孔内粉尘，保持无浮碴。若遇渗水、塌孔、卡钻等，按有关技术措施进行处理。
钻孔锚固段应进入设计要求的弱风化岩层，且长度不小于设计值，否则应继续钻进，直至符合设计要求的岩层及长度或由设计变更。
2.3、锚索制作
锚索可在钻孔的同时于现场进行制作。先将其调直，按：钻孔实际长度+井字地梁厚度+钢垫板厚度+千斤顶长度+工具锚和工作锚的厚度+张拉操作预留量+截长误差=钢绞线下料长度，用无齿锯截取（截长误差考虑为50～100mm）。然后将其平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和自由段长度，分别作出标记，除去内锚固段锚索PE皮并清洗干净，每隔2m设置一道扩张环，两道扩张环之间设置一道紧箍环，采用16号铁丝绕制，不少于两圈，以提高锚索孔内钢绞线与混凝土的“粘结力”、“镶嵌力”，自由段钢绞线外涂防锈油后用塑料管包裹，与锚固体连结处用铁丝绑牢。再在锚索端头安设导向帽，最后进行编号使其与孔位相对应。
2.4、锚索安装、注浆
将组装好的锚索抬至孔位处，核实锚索与孔位对应，然后清孔一次。将锚索往孔里面送，架子上站人往上提拉和抬平锚索，架子下的人将其举起来往上递。注浆管与锚索一起装入，缓缓插入孔底，管口与孔底保持30～50cm的距离。检查调节定位止浆环和限浆环位置准确，确定注浆管畅通后，开动注浆机，采用孔底返浆法进行锚固段注浆，水泥浆水灰比为0.38，根据设计要求掺入水泥用量的0.6％的高效减水剂及相应的膨胀剂（采用硫铝酸盐水泥），浆材的配合比为水：硫铝酸盐水泥（膨胀剂）：水泥：UNF-5＝38：10：90：0.6。注浆压力≥0.6Mpa。注浆量通过砂浆位置显示器控制，并待孔口有水泥浆溢出时为止。注浆工艺流程：拌制砂浆→压水连通试验→开始低速小流量注浆→正常注浆→边注浆边提管→注浆至设计锚固长度→终止、移位进行下一孔注浆。
2.5、井字地梁砼浇注
井字型锚索地梁，是重要的承压构件，其作用有几点：一是起着挡土墙作用，二是把锚具的集中荷载传递到岩面，三是调整岩石表面的受力方向，因此施工质量必须高度保证。在设计位置绑扎井字地梁钢筋骨架，三向立模，埋设连结固定锚头用的膨胀镙栓及土压力盒等应力监测元件；同时在锚孔与井字地梁交叉处（靠坡体内侧）预埋补浆用注浆管，最后整体浇灌设计标号混凝土，震捣密实加强养护。
2.6、锚索张拉
锚索张拉必须在注浆体、井字地梁砼达到设计强度70％方可进行。先紧靠井字地梁安设锚索测力计，再据设计需要铺厚度为δ＝2.2cm的钢垫板以保证锚具与锚索轴线垂直，然后装上锚具。锚索张拉前需对张拉设备进行标定，绘出千斤顶出力F（KN）和压力表指示的压强P（Mpa）曲线，作为锚索张拉时的依据。
预应力筋采用5束D＝15.2mm的钢绞线，锚索荷载设计值为625KN，预拉值为687.5KN，锁定值为687.5KN。当锚固段注浆。体与地基梁达到设计强度的70％后即可进行张拉，张拉时每根钢绞线最大张拉控制力为125KN，每根锚索为5×125 KN。先取30KN的荷载，进行单根预张拉，使其各部位接触紧密，钢丝或钢绞线受力均匀后，再进行整索张拉。张拉分五个级别，前四级为设计拉力为25％，50％，75％，100％，分别持荷5分钟，最后一级为设计拉力的110％，持荷30分钟。
2.7、对于钢绞线的松弛、地层的徐变等因素造成的预应力损失，在张拉后的6～10天内进行补偿张拉，张拉力取设计预拉力的20%。施加预应力完毕后机械切除外露的多余钢绞线，然后稳压锁定。
2.8、自由段防腐注浆
补偿张拉后立即封口注浆，注浆管从预留孔插入，直至管口到达距锚固段外端50cm为止，压力控制在1.5Mpa左右，当预留孔有浆液溢出时即可停止注浆。
2.9、封锚
采用5mm厚钢板焊制封锚用模板（外侧焊接），断面呈“ 凹 ”型，预留螺栓孔。将其与井字地梁上预置螺栓连结固定好，浇注C30砼进行封闭。
2.10、坡面锚杆、拉伸网植草施工
在锚杆施工前，应根据设计要求、土层条件和环境条件，合理选择施工设备、器具和工艺方法。
2.10.1、根据设计要求和机器设备的规格、型号，平整出保证安全和足够施工的场地。
2.10.2、施工前，要认真检查原材料型号、品种、规格及锚杆各部件的质量，并检查原材料和主要技术性能是否符合设计要求。
2.10.3、工程锚杆施工前，宜取两根锚杆进行钻孔、注浆、张拉与锁定的试验性作业，考核施工工艺和施工设备的适应性。
2.10.4、在坡面及框架梁之间回填培耕植土30cm，然后进行拉伸网安装，采用φ6.5钢筋（涂沥青防锈）固定锚桩，按1m×1m间距布置，锚钉锚固深度不小于40cm。培植好草籽后用塑料薄膜覆盖进行养护。
六、机械设备
序号 机械设备名称 规格型号 数量 备注 1 钻机 GX-50 1台 2 移动式空气压缩机 VY-9/7 2台 3 锥形反转出料搅拌机 JZ350 1台 4 千斤顶 OVM-YCW-100A 1台 5 电动油泵 OVM-ZB4-500 1台 6 灰浆泵 UB3 2台 7 贮气罐 12m3 1台 8 卷扬机 3t 1台 9 电焊机 BX-500 1台 10 砂轮切割机 400 1台 11 挖掘机 PC200 1台 12 自卸汽车 5t 3台 13 脚手架 φ40 5t
七、劳动力组织
序号 工种 人数 工作内容 备注 1 技术人员 3 施工组织、测量和质量控制 2 开挖工 4 钻孔、装药、爆破 配合机械 施工 3 修理工 2 供水供电，线路及设备维修 4 空压机工 1 负责空压机的使用维修 5 造孔工 4 负责锚索孔、锚杆孔钻进施工 6 岩面修理工 3 处理超欠挖等 7 钢筋、模板、 架子工 10 地梁钢筋制作、绑扎及 搭设脚手架 含模板安装 8 混凝土工 8 拌合、浇注混凝土 9 张拉工 4 预应力张拉 10 压浆工 6 锚索孔注浆、封锚及后期处理 11 管理人员 3 负责工程调度、组织和施工质量管理
注：以上各工种人员互相协作，统筹安排，可根据现场情况弹性利用。
八、质量措施
1、进行施工组织设计，编制详细的施工计划，合理安排施工。
2、按设计孔口座标在脚手架上安装钻机专用钢管、放置好钻机，用经纬仪按边坡方向放出基线用方向架放出锚索方位角，测角仪调整倾角。拧牢紧固件，核查一遍机位座标、方位及倾角，无误后再将所有紧固件紧一遍，钻孔精度要求倾角偏差小于1°，方向偏差小于1°。
3、钻进中若遇坍孔应立即停钻进行固壁处理，注浆24小时后重新扫孔钻进。钻完后洗孔要干净彻底，孔中不得留有岩粉和水。
4、钢绞线需调直、除锈、去油污，检查无损伤、无交叉重叠、无锈坑，不合格者应剔除。切断后的钢绞线两端应用铁丝扎捆牢固，同一孔的钢绞线必须等长。锚索安放要保证平直，张拉段要放在锚孔中央，确保锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度。
5、选用采用早强型425#以上硅酸盐水泥均匀拌制水泥砂浆，砂浆质量应符合有关规定。搅拌好的砂浆应再次过筛后方可压浆，避免堵塞管路。严格控制浇注井字地梁用混凝土水灰比、灰砂比。
6、注浆时间内水、电应充足，锚孔内砂浆应有足够养生时间，在养生期不得碰撞、移动锚索。张拉段注浆必须待浆液溢出孔口稳定1～2分钟后方可停止，24小时后还需进行补浆，以确保注浆饱满。在锚固段砂浆及井字地梁混凝土达到设计强度的70％后方可进行张拉，张拉前需标定张拉设备。
7、严格按有关混凝土施工规范和预应力锚索施工规范作业，加强监测控制。
8、注意事项
8.1 控制地面超载：基坑的开挖施工期间，严格控制施工车辆通行，避免因重车行走而带来较大地面超载加大变形；
8.2加强观测：基坑施工期间，在基坑顶部设置观测点进行竖直及水平位移观测。
作者简介：
陈永发 1974年生 中国中铁五局一公司，大学本科，工程师。
论文作者:陈永发
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/10/27
标签：锚固论文; 注浆论文; 砂浆论文; 钻孔论文; 预应力论文; 混凝土论文; 钢绞线论文; 《基层建设》2015年11期论文;