钢格栅喷锚支护施工工法

钢格栅喷锚支护施工工法

工法编号

编制单位：燕郊海绵城市项目

主要执笔人：崔晓彬、温佳京、郭进锁、张岩

1 前言

随着我国经济的不断发展，居民对城镇基础设施的需求进一步提高，城镇雨、污水管网的改造与管理步伐也在不断加快。鉴于老城区雨、污水管网改造工程具备工期紧、埋设深、地下管线复杂、施工影响大等特点，对于顶管工作井等深基坑支护安全性、便捷性提出了新的要求。本文将通过介绍钢格栅喷锚支护方式的安全性、高效性来说明该支护形式在施工过程中的优越性。

2 工法特点

2.0.1刚度适中，安装初期没有喷射混凝土前容许土体(围岩)有适度变形，当喷射一定厚度的混凝土后钢格栅与喷射混凝土一起承受荷载，并提供一定的支护阻力，限制土体的变形；

2.0.2钢格栅重量轻，架设安装时人工劳动强度低，便于搬运；

2.0.3钢格栅被混凝土紧密包裹形成钢筋混凝土结构，能很好地与土体密贴，支护效果好； 2.0.4使用灵活，可适应复杂多变的地质情况；

2.0.5施工周期短，节约钢材、后工序喷砼回弹少、与所喷砼结合较好。

3 适用范围

钢格栅喷锚支护适用于不同土质条件，支护深度不宜超过15m。

4 工艺原理

钢格栅支护是在顶管工作井开挖支护期间，为使土体保持稳定按工作井开挖尺寸布设的钢格栅、型钢等制成的支护骨架结构，当喷射一定厚度的混凝土后钢格栅与喷射混凝土一起承受荷载，并提供一定的支护阻力，限制土体的变形。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

施工操作流程如下：

锁口圈梁→对称开挖工作坑短边井壁土体→安装环向钢格栅→焊接纵向筋→安装钢筋网→喷射混凝土→对称开挖工作坑长边井壁土体→安装环向钢格栅→焊接纵向筋→安装钢筋网→喷射混凝土→进入下一层施工→循环至标高。

前期准备 钢筋、连接件材料 现场检查 场内格栅钢架分节加工 测量定位 场内格栅钢架验收、堆放 工作井格栅钢架拼装 格栅钢架转运至施工现场 格栅钢架架立就位 焊接纵向连接钢筋和锚杆头 场内连接钢筋加工及转运 喷射砼固定 施工结束

图5.1-1 格栅钢架施工工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 锁口圈梁施工

顶管坑上部设锁口圈梁，圈梁宽800mm，高500mm，圈梁采用10Φ22及4Φ20为主筋，φ10@200箍筋，混凝土强度等级C35。

为了顶管工作坑下部钢架能与锁口圈梁连接，锁口圈梁向下预留钢筋接头，方法是在槽底向下打孔，插入800mm长Φ20钢筋，间距500mm，内外双排设置。预留钢筋锚入锁口圈长度不小于400mm。圈梁上部砌筑24cm厚挡水砖墙，高出地面40cm。

图5.2.1-1 锁口圈梁结构图

5.2.2 土方开挖及格栅安装

工作坑锚喷采取分层施工，其施工工序：

工作坑采取分层开挖分层支护的方法进行施工，每层开挖的步距为格栅间距。每层土体开挖分块进行，首先开挖核心土→然后对角开挖工作坑土方→并及时作该层初衬结构，后开挖两侧长边土方→并作该层的初衬结构。

5.2.3 钢筋榀架做法

坑壁采用格栅挂钢筋网片锚喷逆作法，分层开挖，分层锚喷混凝土进行支护，结构厚度为35cm，格栅距地面5m范围内间距50cm，其余部分间距30cm，并在坑底设一道格栅。钢格栅主筋采用Φ25每断面4根，每榀钢格栅纵筋与横筋之间采用Φ12波浪型连接，格栅箍筋为φ8@300，蹬筋为φ12@1200。

图5.2.3-1 钢格栅结构图

5.2.4 钢筋网片做法

沿钢格栅内外侧主筋外缘满铺φ6@150钢筋网片，并与主筋焊接成一体。 5.2.5 护壁锚喷

施工时采用对称开挖方式，每榀一循环，严禁超挖，喷射砼设计强度等级为C25，中粗砂、碎石（粒径在0.5～1.0cm）配比为：水泥（P.O 42.5）:砂子:碎石=1:2:2，速凝剂掺量为水泥重量的5%，水泥、砂子、砂石和速凝剂采用人工搅拌，混合料要随拌随用，不掺速凝剂的干料其存放时间不应超过45分钟，拌料用专门制作的料斗量取，以保证混凝土配比的准确性，同时做试块，以备检验。

喷射作业应分层，分片分段依次进行，喷射顺序应自下向上，沿水平方向螺旋式移动，回旋直径应为300mm左右，一圈压半圈，一次喷射厚度不得大于150mm，分三层喷满，每次喷1m，不得在一处堆积，要求喷射密实不得露筋，锚喷厚度不得小于350mm。喷射前操作人员必须穿雨衣，带胶皮手套，戴防护眼镜和防尘口罩，喷射前必须检查设备，材料是否齐全完好。喷射时管道不准有死弯,非操作人员不得在附近停留,喷枪在任何情况下严禁对人。喷射机司机必须做到开始时先送风，再开机，再供料，结束时应待料喷完后再关风。向喷射机供料应连续均匀，机器正常运转时，料具内应保持有足够的料，喷射机的工作风压满足喷头处的压力在0.1Mpa左右，喷射作业完毕或因故中断时必须把喷射机和运料管内的积料清理干净。锚喷时先对角锚喷，再锚喷中间部分，每一步喷锚混凝土完毕，当检验强度达到5Mpa时，方可进行下一步施工。

喷射施工操作遵守以下规定：喷射时经常保持喷头有良好的工作性能；喷头与受喷面保持垂直，保持在0.6～1.0m的距离，喷射砼时需控制好水灰比，保持砼表面平整，每次开挖喷射砼前，应将前次喷射砼的接茬部位凿毛，清除表面粘附的泥土，以保障接茬处砼的密实。

5.2.6 后注浆

当基坑开挖至砂、卵石层时，由于砂石黏聚力差，后续开挖会造成已喷混凝土壁后出现土体脱空现象。因此，为确保喷射混凝土与其后土体紧密接触，在喷射混凝土前预埋注浆管，待喷射混凝土护壁终凝后进行注浆，起到充填空隙、加固土层和改善结构受力的作用。

注浆管采用0 32mm带溢浆孔的钢导管。导管长100cm，前端加工成圆锥形并封焊严实 ；导管前端50cm范围内设溢浆孔，孔径0 10mm，孔距10cm，梅花形布置。预埋注浆管间距100cm，排距50cm，梅花形排列。浆液为水泥浆，水灰比(质量比)0.4，适当添加速凝剂．注浆压力 0．2～0．4MPa。注浆结束标准以注浆压力控制，即在规定压力下，注入率为0．4 L／min时，继续灌注30min，灌浆结束。

5.2.7 角撑

角撑采用2根18a工字钢对接满焊，在圈梁底设置第一道，依次向下隔榀设置，角撑与预埋铁满焊，因顶管工作井、接收井尺寸不同，角撑支撑长度根据井的尺寸进行设置，形式如下：

图5.2.7-1 工作井/接收井角撑布置图

5.2.8 集水井做法

对于基坑施工排降水，采用在坑底四周设置20cm×20cm排水边沟，坑底对角设两个Φ500、深60cm的集水井，排除雨水及坑内积水。

5.2.9 封底

坑壁施工完毕后，进行工作坑封底施工。工作坑挖置坑底以下350mm。坑底浇注C25钢筋混凝土350mm，钢筋采用单层Φ25（Φ22）@150mm网片。

5.2.10 工作坑临边防护

工作坑顶部砌筑挡墙，用以挡水及阻挡碎石等杂物，挡墙内外防水砂浆抹面，上部预埋护栏螺栓。工作坑采用连续的拼装式定制防护栏进行防护，护栏下部与挡墙预留螺栓连接，保证其稳定牢靠，护栏高度不小于1.2m。在护栏上悬挂安全警示标识牌、操作规程等标识。

6 材料与设备

表6.1主要机械与材料

名称 挖掘机 机械 自卸汽车 钢筋弯曲机 型号 EX300C ZZ3252 CWJ-40 数量 1 1 1 备注 基坑土方开挖 土方运输/钢格栅倒运 钢格栅、钢筋网片加工

钢筋切断机 钢筋调直机 电焊机 泵车 混凝土罐车 材料 / GQ-40 GT40-14 BX1-500 奔驰 / / 1 1 4 1 1 / 钢格栅、钢筋网片加工 钢格栅、钢筋网片加工 钢筋连接 喷射混凝土 底板封底 均由合格分供方供应 7 质量控制

7.1 易出现的质量问题 7.1.1 接头连接质量

钢格栅加工过程中接头连接主要是钢架两头连接脚板及螺栓孔加工，连接脚板和螺栓孔在钢架加工过程中出现角度或尺寸上的小偏差，就会导致钢架在拼装时连接变形或无法连接。

7.1.2 焊接质量

钢格栅主要是将原材经过焊接而连接起来的产品，而焊接是一件技术和经验兼备工作，操作人员的任何失误都有可能造成质量的不合格。

7.1.3 架设质量

钢格栅架设最关键的质量控制之一就是钢格栅间距控制，当钢格栅间距过大，钢架就失去了它的意义，因此必须严格控制钢格栅间距，不超过允许偏差±10cm，确保拱架受力的合理性。

7.2 保证措施

7.2.1 钢格栅的钢材品种和规格必须符合设计要求，每批钢材必须检查质量证明文件并进行相关性能试验。钢材应平顺，无损伤，表面不得有裂纹、油污、锈蚀。

7.2.2 钢筋加工操作人员必须持证上岗，规范操作。

7.2.3 由于已安装钢格栅部分变形，接头不能正确对位时，采取绑焊等措施必须可靠，确保钢格栅整体受力满足要求。钢格栅焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。

7.2.4 每榀钢架加工完成后，先在加工场地上进行试拼，各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺。

7.2.5 钢格栅间距严格按照设计尺寸布置，质检不合格的返工直至合格。

8 安全措施

8.1主要安全风险分析

8.1.1 钢架从原材进场到现场钢架的施工，整个过程中的安全风险主要为加工厂加工机械操作安全，施工现场安全施工安全。

8.1.2 加工厂加工机械设备较多，操作人员的技术、经验和安全意识水平不同，在操作设备过程中的粗心大意等都可能产生不安全事件；钢格栅支护在基坑开挖面内进行作业，并且作业人员在作业期间一直暴露在狭小空间，基坑周边部位存在掉块或坍塌的危险，作业风险极大。

8.2 保证措施

8.2.1 为保证机械操作安全，制定各类机械操作规程，要求操作人员严格按照规程操作，定期对其机械设备进行维修保养，确保设备运转状态良好。

8.2.2 要求操作人员持证上岗，定期进行技术和安全培训，使操作人员提高安全防范意识。

8.2.3 为保证施工现场施工安全，施工人员进场前必须经专业培训，达到要求后方能进入施工现场施工。

8.2.4 进入作业面前首先必须做好个人安全防护工作，进入作业面后先进行排险工作，确保作业空间的安全，同时设专职安全员进行监督和观察瞭望。

8.2.5 对于发生紧急安全事件时及时告知施工人员进行撤离。

9 环保措施

9.1现场文明施工，场地布置合理，材料堆放有序，员工佩卡上班，特殊工种持证上岗，各种标牌、标语立于各责任区，作业现场井然有序。

9.2施工过程中产生的废弃物主要为钢筋，按要求指定的地点堆弃，定期集中处理，严禁将废弃物随意堆弃。

10 效益分析

10.1 经济、工期等综合效益分析

表10.1 综合效益分析表

序号 1 2 项目名称 单价（㎡） 工作井展开面积（㎡） 混凝土挂壁施工 1000元 220 钢格栅锚喷施工 1268元 220

3 4 5 6 单个工作井造价 施工周期 220000元 20天 5100元 102000元 279000元 8天 5100元 40800元 单日人工、机械费（工作井） 人工、机械费 对照经济效益分析表可看出，单个顶管工作井采用钢格栅喷锚施工照比混凝土挂壁施工造价多出5.9万元，但考虑施工周期及人工、机械费用单个顶管工作井采用钢格栅喷锚施工可节省人工机械费用合计6.12万元。综合对比下采用钢格栅喷锚施工既能降低施工成本又能保证顶管工作井施工安全质量和进度。 10.2 社会效益分析

实践证明采用钢格栅+钢筋网片倒挂逆作，分层开挖，分层喷射混凝土的施工方法进行深基坑竖直开挖支护是成功的。该支护结构不仅安全可靠，而且施工速度快．经济效益好，最大程度的降低施工对道路交通情况的影响，为保证工程工期发挥了重要作用。

11 应用实例

11.1 工程概况

工程为燕郊中心城区新建雨污水管道工程，工程建设内容包括5条新建雨水管道、1条新建污水管道及1座污水泵站、4座调蓄池处理池、2处排水口。其中管线合计全长为19575m，包含顶管施工2854m，明挖施工12081m，预制箱涵施工4539m，5条新建雨水管道及1条新建污水管道平面位置分别布置在北外环、北三路、北一路、神威北路、燕顺路、思菩兰路机动车道下，管线材质均为预制钢筋混凝土管，平面线形基本上与所在道路平面线形一致。4座调蓄处理池分别位于北外环路燕顺路交叉口东北角绿地、左堤路神威北路交叉口东南角空地、高尔夫路左堤路交叉口西北角绿地、行宫西大街左堤路交叉口东北角绿地，2处排水口分别位于北外环与潮白河大堤交汇处、行宫西大街与潮白河大堤交汇处。 11.2 工程照片

图11.2-1 测量放线

图11.2-3 锁口圈梁施工

图11.2-5 进行下一层土方开挖

图11.2-7 钢格栅焊接

图11.2-2 土方开挖

图11.2-4 锁口圈梁浇筑

图11.2-6 钢格栅施工

图11.2-8 混凝土喷锚

图11.2-9 角撑施工

图11.2-10 底板钢筋施工