锚喷竖井在污水管道流量计井中的应用

摘要：锚喷支护工艺特别适川于尺寸小，周边环境紧张，且对变形控制要求较高的深基坑，且其工艺可操作性高，利于保护已有管线。本文以天津某污水管道流量计井工程为例，介绍了锚喷技术在深基坑支护中的应用，与传统支护方法相比较，使已有管线得到有效的保护，且其具有很高的安全效益和经济效益，其成功应用可供类似工程借鉴。
一般深基坑支护，在施工空间没有限制的情况下常采用常规桩墙式支护方案；对于施工范围内没有管道通过的情况下也可采用沉井方案。由于本工程施工空间有限，而且施工范围内有管道通过，所以传统支护方案无法实现，并很难对已有管线做到有效保护。
考虑到以上施工难点，本工程采用锚喷竖井支护方案。锚喷竖井法是在原位土体中开挖竖井，打设注浆锚管加固周边土体，铺设钢格栅并喷射混凝土作为基坑围护结构，从而提高基坑开挖稳定性的支挡技术。此围护形式对开挖穿越各种复杂地层适应性强，并且在采用加强环和斜支撑的保护措施下对已有管线起到很好的保护，特别适用于施工空间有限及需要通过既有管线的围护结构。
1、锚喷支护技术作用原理
与传统基坑支护方法相比较，锚喷支护技术的经济效益和基坑边坡稳定性更显优越性。除此之外，采用锚喷支护的基坑边坡具有快速、及时、随挖随支、不占独立工期、占用施工场地小等特点。混凝土砂浆在高压空气的作用下高速喷向受喷面，在喷层与土层间产生了嵌固层效应，从而可以改善边坡受力条件，有效控制侧向位移，保证了边坡的稳定性。锚杆深固在土体内部，起到了主动支护土体的作用，并且与土体共同作用从而有效保护和提高了周围土的强度。使土体变荷载成为为支护结构体系的一部分。从而使原来的被动支护变成主动支护。钢筋网可以有效地调整锚杆与喷层内应力分布，提高支护体系的柔性和整体性。
2、工程实践
2.1 工程简介
拟建物已有污水管线的流量计井，需在已有管道位置上建造。污水管线为直径1.5m的混凝土圆管，埋深8.2m；流量计井主体为钢筋混凝土结构，建筑平面尺寸5m×5m。根据勘察结果，场地浅层地下水以潜水为主。勘察期间初见水位埋深1.5～1.6m；稳定水位埋深1.1～1.2m。基坑实际开挖深度为10.75m。土方开挖量约为270m3。各岩土层分布情况及其物理力学性质见表1。
表1各岩体层分布情况及其物理力学性质
2.2 方案比选
拟建物设一层地下室，基坑实际开挖深度9.1m。基坑西侧临近高压输电线，其中距离*近的高压线仅3.0m，高压电线净高8.5m。可供围护结构施工的空间十分有限，根据有关安全要求及施工工艺限制，常规的钻孔桩、钢板桩以及水泥土搅拌桩等均无法施工。拟建物需在已有管道的位置上建造，在本构筑物施工前，须做好原有管道的保护和支护，确保原有管道不被扰动和破坏。因此，在管道通过的范围内无法采用常规的桩墙式支护结构或沉井工艺。参考本基坑周边已施工完成的深井工程，采取锚喷工艺进行基坑支护，围护结构整理实际变形控制效果良好，对基坑周边影响较小，且施工工艺在当地较成熟，施工速度能满足实际要求，而且很大程度节约投资，缩短工期，具有很高的经济效益。经过专家组的多方研究论证，决定采用锚喷竖井支护方案。
2.3 施工工艺
2.3.1 锁口圈梁施工工序及相关要求
为保证竖井结构稳定，在井口处设现浇钢筋混凝土锁口圈梁一道，锁口圈梁底面设100mm厚C30混凝土垫层。圈梁宽1500mm，高600mm，混领土强度等级C30。锁口圈梁向下预留φ22@0.6m的钢筋接头，作为竖向连接筋。连接筋在梁内锚固长度不小于800mm。锁口圈梁应与一下两榀密排格栅同时浇筑施工。锁口圈梁绑筋时，同时安设下部竖向连接筋，以及圈梁以下的两榀格栅。圈梁混凝土强度达到70%后，测量人员在圈梁上放设中线和高程控制点，复测无误后再继续向下挖土施工。
2.3.2 土方开挖
土方开挖时为防止竖井锁口圈梁下移，应采用半断面开挖，利用另一半土作为支撑。待先挖的这一半喷射混凝土完毕后，再开挖另一半，交替进行，竖井每步开挖制作深度为0.5米。开挖时，严格按照设计边线进行开挖，严禁超挖，尽量不得扰动原状土，格栅间距要严格按设计要求施工。采用小型挖掘机开挖，人工辅助配合；小型吊车提吊土斗出土。
2.3.3 竖井侧壁施工工序及相关要求
基坑侧壁按照分层开挖、初喷混凝土、挂设内层钢筋网、焊接内侧竖向连接筋、加设钢格栅、焊接外侧竖向连接筋、挂外侧钢筋网、锚喷混凝土的工序施工。侧壁厚度为400mm，混凝土强度等级C30。
锁口圈梁以下连续设置两道钢格栅，污水管道以上格栅竖向间距0.5m，以下格栅竖向间距0.4m，直至坑底。每榀钢格栅竖向用φ22钢筋连接（采用搭接单面焊，焊接长度10d），水平间距600mm，内外侧交错布置。
钢格栅主筋采用φ28钢筋，每断面4根，钢格栅纵筋之间采用φ14@300格栅斜筋焊接，箍筋采用φ10@300。沿钢格栅内外两侧焊接φ22竖向连接筋，并满铺100×100的φ8钢筋网片，并与格栅主筋焊接成一体，以满足结构受力的要求。
2.3.4 管道口加固措施
为保证管线安全，管线以上设两榀密排格栅，并沿管道外沿设置双排小导管注浆加固。沿管线周边设置环形封闭钢格栅作为加强环，并与水平向钢格栅焊接。加强环范围内水平向钢格栅设I20a型工字钢作为临时支撑。管道以下土方应分段挖除，必要时管道悬空部分应采取临时保护措施。相比传统支护方案，锚喷竖井支护方案可以随挖随支，挖完支完，这种逆作工艺可以对已有管线进行有效地保护。
3、基坑开挖监测
为保证竖井稳定和安全，在竖井开挖、支护结构的施工过程及使用期间，应加强竖井锚喷支护沉降、变形观测工作，实行信息化施工。监测项目：锁口圈梁水平位移，竖向位移；竖井周边地面沉降；竖井四壁变形。基坑每开挖一步后都应及时监测；其余时间每天监测不得少于两次，底板施工完成后可减少为一天一次。根据实际的监测报告，本基坑开挖施工期间，锁口圈梁水平移11mm，竖向位移14mm；竖井侧壁水平位移20mm；基坑周边地表沉降15mm。各项位移监测值均未超过施工期间预警值，可见采用锚喷竖井支护具有很高的安全效益。
4、结束语
由上述可知，采用锚喷竖井法施工具有以下优点：
（1）锚喷竖井支护具有很高的经济效益和安全效益，特别适用于尺寸小，周边环境紧张，且对变形控制要求较高的深基坑。
（2）锚喷竖井支护工艺施工简单、可操作性高，利于保护已有管线。

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