紅砂巖地質隔水噴錨施工技術

魏偉　朱宗義

關鍵詞：紅砂巖地質;富含地下水;隔水;噴錨支護

中圖分類號：TU990.3 文獻標志碼：A

0引言

隨著城市建設的推進，城市發展的空間逐步轉向地下，而噴錨施工技術因其工藝簡單，與其它支護形式的組合較為靈活，且造價低廉，被廣泛應用于各類深、淺基坑支護施工中。由于蘭州地區普遍存在著富含地下水的紅砂巖地質如圖1所示，使噴錨支護施工非常困難。且如果砂巖層支護不夠及時、效果不夠良好，極易導致基坑涌砂、坍塌事故的發生。因此，采用隔水噴錨施工技術來解決紅砂巖地質的噴錨支護施工難題及其必要。下面便結合蘭州燈泡廠棚戶區改造項目基坑支護及降水工程對該施工技術展開具體的介紹、分析。

1工程概況

本工程地層及其特征從上到下分別為：（1）雜填土，厚度0.50～3.90m;（2）粉土，厚度1.00～5.00m;（3）細砂，厚度0.60～2.50m;（4）卵石，厚度3.50～8.30m;（5）強風化砂巖，厚度4.60～6.30m，桔紅色，層狀構造，鈣泥質膠結，巖心遇水或暴露在地表較易風化。（6）中風化砂巖，揭露厚度8.40～17.10m，桔紅色，層狀構造，鈣泥質膠結，該地層遇水或暴露較易風化。本工程主要地層土性參數見表1所列。本工程水位埋深1.2～4.62m，主要含水層為卵石層和強分化砂巖層。該基坑開挖深度為16.1～16.8m，基坑施工至砂巖層時，由于砂巖的特性與地下水的影響，導致噴錨支護施工無法正常實施，從而采用了隔水噴錨施工技術，及時保證了基坑安全。

2隔水噴錨施工技術原理

要有針對性的解決富含地下水的紅砂巖地質的噴錨支護問題，首先必須清晰了解紅砂巖地質的特征及為噴錨支護帶來的難點。紅砂巖地質具有裂隙水豐富、風化嚴重、膠結程度弱、水理性質差，在干濕循環作用下極易崩解、軟化、膨脹，承載力、粘聚力快速下降的特性。且實踐表明，通過管井降水措施對基坑周圍地下水位進行降排，水位只能降低至卵石層與砂巖層交接部位，剩余無法實現降排的地下水大多來自卵石層與砂巖層的交接部位，少量來自紅砂巖本身的裂隙水，且這兩部分地下水在地層開挖后滲流持續時間較長。另外，由于地層的高低起伏等原因滲漏點雜亂無章，即便采用引流措施效果也是微乎其微。地下水造成噴錨支護混凝土面層無法施工，且如果砂巖層支護不夠及時、效果不夠良好，極易導致基坑涌砂、坍塌事故發生。因此，對富含地下水的紅砂巖進行噴錨支護，其關鍵在于隔水后及時支護。

隔水噴錨施工技術就是為了及時解決噴錨施工工藝在富含地下水的紅砂巖地質層的施工而改進的技術，在土方開挖至卵石層與紅砂巖層交接部位時，便開始實施。通過對兩層交接部位及砂巖表面采取隔水措施，保證外部噴錨支護在干作業環境下施工。并在隔水層外側人為增設噴錨施工基層的方式，實現在砂巖層表面存在地下水的情況下的噴錨支護。其對砂巖層的支護，一方面體現在形成了完整的支護體系，從設計意圖保障基坑側壁安全;另一方面體現在對砂巖層的及時封閉，保留了原砂巖層本身高穩定、承載力的特征，從而保障基坑側壁的穩定性。

3隔水噴錨施工方法

隔水噴錨施工技術工藝流程如下：施工準備→巖層表面開挖、修整→鋼筋骨架加工→樁身植筋→鋼筋骨架、塑料布、草簾安裝→鋼筋網片綁扎→噴射混凝土面層→排水溝、集水井施工。隔水噴錨施工工藝剖面示意如圖2所示。

3.1施工準備

（1）待上層噴錨面層施工完成滿7d，方可進行下層紅砂巖地質層噴錨支護工作面的土方開挖。土方開挖應豎向分層、水平分段，每層開挖厚度不得超過2m，分段長度不宜超過20m。機械開挖樁間土應與樁表齊平即可，避免開挖過深擾動砂巖層。

（2）噴錨支護工作面開挖后應及時延基坑側壁開挖臨時排水溝及集水井，將滲漏地下水有組織收集，并經三級沉淀后排入市政管網，以防地下水浸泡基坑，影響施工。

（3）施工前按照勞動力需求計劃及設備需求計劃合理安排各工序施工人員及設備投入。提前組織塑料布、草簾、鋼材、水泥、砂、石等材料的進場。

3.2巖層表面開挖、修整

（1）為避免機械開挖擾動砂巖層，且防止待支護砂巖長時間暴露在外界環境中，砂巖層表面預留300mm采取人工進行開挖、修整。

（2）由于卵石層與砂巖層交接部位地下水滲漏量較大，修整時，可在交接部位下方砂巖層表面剔鑿漏斗狀引流槽，以減少滲漏水對整個砂巖表面的沖刷作用。

（3）修整后樁間土應較樁表深300mm。同時，樁表不得殘留泥土、砂石等。樁間土修整后應平整，有利于塑料布、草簾、鋼筋骨架緊密貼合砂巖表面，巖層表面的開挖、修整應按臨時排水溝中水流的流向依次施工，以防止落土封堵臨時排水溝，造成水流不暢。

3.3鋼筋骨架加工

骨架鋼筋選用C16鋼筋，垂直支護樁方向自上而下每間隔500mm布置水平鋼筋骨架一根，水平鋼筋下料時應考慮焊點距離植筋基材混凝土表面大于15d（d為鋼筋直徑）。平行支護樁方向設置2根通長鋼筋骨架，水平間距與水平鋼筋骨架長度相同。加工好的鋼筋骨架，在樁身植筋前預先放置于植筋鋼筋與巖層表面之間，待植筋完成并達到設計強度后便可安裝鋼筋骨架。

3.4樁身植筋

（1）植筋孔位布置在距離巖層表面約50mm的兩側樁身上，應能保證草簾與塑料布安裝后可緊貼巖層表面。從上層噴錨支護面層底部開始依次向下，每隔500mm間距水平布置孔位一對。

（2）鉆孔時，鉆頭盡量與巖層表面保持平行。鉆孔后，應立即洗孔清孔植筋，若不能及時植筋，及時防護孔口，防止建筑垃圾落入，影響植筋效果。

（3）為能提高隔水噴錨施工的施工效率，應盡量選用固化時間短的植筋膠。植筋的鋼筋選用C16鋼筋，鋼筋下料長度應考慮焊點距離植筋基材混凝土表面距離及鋼筋搭接焊長度。

3.5鋼筋骨架、塑料布、草簾安裝

（1）鋼筋骨架采用焊接的方式連接，單面焊接長度不小于10d（d為鋼筋直徑）。采用降溫措施以防止焊接熱量把混凝土燒炸。焊接所采用的焊條滿足相關要求。

（2）選用的草簾厚度不宜小于40mm，草簾采用扎絲固定在鋼筋骨架內側，鋼筋骨架與草簾共同將塑料布壓緊貼在砂巖面層上。由于塑料布與草簾均為易燃物，安裝需待焊縫溫度降至常溫后再進行。

3.6鋼筋網片綁扎

鋼筋網片采用A6鋼筋，橫縱間距200mm×200mm均勻綁扎在鋼筋骨架外側，若鋼筋長度不足需要搭接時，綁扎搭接長度不小于35d（d為鋼筋直徑）。鋼筋網與鋼筋骨架的綁扎應確保綁扎到位，相鄰綁扎點的鐵絲扣要成八字形，并應綁扎牢固，防止噴射混凝土時松動位移。

3.7噴射混凝土面層

（1）混凝土面層采用C20混凝土，噴射厚度不小于80mm。混凝土厚度可采用在支護樁側壁標記的方式進行控制，不得在待支護面上打入短鋼筋標志作為混凝土厚度的控制措施，以免扎破塑料布而造成隔水失效。

（2）面層噴漿時，由底部逐漸向上部噴射，分層噴射，確保厚度及表面平整。噴嘴與噴射面盡量保持垂直，以減少回彈，確保噴射混凝土的質量。待支護面與樁、上層噴錨面層的結合部位應妥善噴射，不能存在漏噴部位。

（3）噴射混凝土終凝2h后噴水養護，養護時間根據氣溫確定，一般不小于7d。

3.8排水溝、集水井施工

（1）噴錨支護施工至基底設計標高后，應立即延基坑底部進行正式排水溝與集水井的施工，將滲漏地下水有組織收集，并經三級沉淀后排入市政管網。

（2）由于砂巖層裂隙水豐富，采用的砌體形式的排水溝可能造成地下水向坑內四散外滲，這里采用一種專門用于紅砂巖層的具有隔水、排水功能的排水溝做法如圖3所示，在滿足紅砂巖層隔、排水的同時，可增加排水溝上部空間的利用率。具體做法如下：開挖400mm×400mm排水溝，排水溝立面及底面鋪設5cm厚草簾，草簾上鋪設一層2000目密目網，然后填充級配良好的卵石濾料，卵石粒徑為20～40mm。濾料填滿平整后上面鋪設一層塑料布，塑料布上澆筑10cm厚的C20混凝土墊層。

4施工效果檢查

通過對原材料、混凝土配合比及各工序施工質量的層層把關，混凝土面層噴射完成28d后對留置的混凝土試塊及鉆芯取樣樣品進行檢測，混凝土強度、厚度符合相關規范、標準的要求。

本工程紅砂巖地質噴錨支護施工于2019年5月開始，于2020年年底已全部完成。截至2021年5月，部分紅砂巖地質噴錨支護已完成約兩年（該基坑支護結構設計有效期為1年）。經現場檢查，噴錨支護面層無裂縫、脫落、坍塌等現象。施工期間經監測組對該基坑的監測數據顯示，基坑頂部水平位移最大累計值12mm，豎向位移最大累計值9mm，監測結果均在報警值范圍以內，符合設計及規范要求，基坑處于安全穩定狀態。

5隔水噴錨施工優缺點

從隔水噴錨施工技術在蘭州燈泡廠棚戶區改造項目基坑支護工程的實際運用中可以看出，其在施工中的優點在于：（1）該技術僅在原噴錨支護施工工藝的基礎增加了隔水層及再造噴錨基層，便實現了噴錨支護在富含地下水的紅砂巖地質層的噴錨支護施工的可行性，施工工藝較為簡單，操作相對快捷;（2）因鋼筋骨架與支護樁的連接點較多，加強了隔水噴錨支護與支護樁的支護整體性，使噴錨支護更加可靠安全;（3）人為增加的草簾噴錨基層相對修整后的巖層表面更加平整，有利于噴錨面層整體厚度的控制，可有效節約砂石、水泥材料。但是，隔水噴錨施工也有其缺點：（1）隔水噴錨對紅紗巖地質的地下水僅起到隔水效果，久而久之會對完成噴錨支護的巖層表面形成沖刷作用，且每層土方開挖時必須延支護樁底部開挖臨時排水溝以收集滲漏水，增加了土方開挖成本;（2）由于紅砂巖地質裸露后易崩解、軟化，紅砂巖地層開挖后隔水噴錨施工應及時，導致分段開挖長度短，支護施工人員需求量嚴格;（3）隔水噴錨面層需緊貼紅砂巖表面，隔水層與噴錨基層不易安裝。

6結束語

從以上隔水噴錨施工技術的實施效果可以看出，隔水噴錨施工技術對紅砂巖地質的支護效果比較明顯，可有效解決噴錨支護施工在紅砂巖地質運用的不足。且其構造簡單、施工快捷、建設成本低，是紅砂巖地質基坑支護的低廉高效的施工方法，具有很好的推廣意義。