一、 工作原理
l、 基坑噴錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)屬于土體原位加筋技術(shù)，配合機(jī)械開挖，采用下行式短臺(tái)階下挖方式施工。通過在邊坡設(shè)置高密度小尺寸錨桿群，配合面層鋼筋砼結(jié)構(gòu)組成輕型支護(hù)擋土體系。設(shè)計(jì)上是以錨桿力逐段分塊。平衡土壓力，在密集錨桿的拉結(jié)下，把潛在滑裂面前的主動(dòng)土壓力區(qū)復(fù)合土體加固為具有自撐能力的穩(wěn)定。土體穩(wěn)定性驗(yàn)算是視錨桿加筋土體為重力式擋土墻，支撐外緣未加錨土體的側(cè)壓力，確保邊坡整體穩(wěn)定性， 噴錨網(wǎng)的錨桿以高密度的方式布設(shè)，與邊坡土體牢固結(jié)合而共同工作，將主動(dòng)區(qū)分塊段土壓作為分散荷載傳至破裂面后的穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，群錨在復(fù)合土體中起著箍束骨架作用，提高了土坡的抗剪力和整體剛度。坡面面層結(jié)構(gòu)是兩層噴射砼夾雙層鋼筋網(wǎng)，并用加強(qiáng)筋和錨頭牢固焊結(jié)，由于主動(dòng)區(qū)土壓力的大部分被密集錨桿黏結(jié)力所牽制吸納抵消，使錨噴網(wǎng)面層已不是受力構(gòu)件，而是面層土壓力傳力構(gòu)件，僅僅起保證局部。土體穩(wěn)定、不受風(fēng)化侵蝕的作用。與預(yù)應(yīng)力錨桿不同，噴錨網(wǎng)不設(shè)自由段，全長注漿，抗剪切性能好。一般不加預(yù)應(yīng)力，要求產(chǎn)生有限位移才出現(xiàn)摩擦力。這個(gè)意義上可稱為柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，可使土壓按平衡原理進(jìn)行再分配調(diào)整，試驗(yàn)表明位移量4～13mm已使摩擦力發(fā)揮到最高點(diǎn)。每條錨桿支撐邊坡面積一般為1.2m2～2.5m2,故設(shè)計(jì)單根錨固力一般不超過100～120KN，即使某個(gè)單元失效，后果并不嚴(yán)重。而預(yù)應(yīng)力錨桿，一般設(shè)計(jì)值均超過200KN，故錨頭的錨定處理要非常牢固。當(dāng)噴錨網(wǎng)支護(hù)面貼近重要建筑物或在搶險(xiǎn)工程中為了控制位移必須在噴錨網(wǎng)中設(shè)定若干預(yù)應(yīng)力錨桿或錨索，這部分設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)按土層錨桿技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。
2、噴錨網(wǎng)支護(hù)起源于隧道礦山井巷支護(hù)，隨著施工工藝的進(jìn)步，廣泛采用超前錨桿、超前高壓注漿錨管，以及注漿錨管棚架等，配合各類止水唯幕，采用聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，其適用性幾乎推廣到大多數(shù)地層條件。具
有施工快捷、設(shè)備輕便、造價(jià)較低、位移較小施工安全等優(yōu)點(diǎn)，并在過程中按土質(zhì)情況及時(shí)完全調(diào)整設(shè)計(jì)，做到信息化施工管理，，但對(duì)水流侵蝕抵御能力差，水、流砂能使群錨整體失效。
二、 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
噴錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)主要是確定錨桿密度、錨桿長度和材質(zhì)、止水措施、噴錨網(wǎng)面層結(jié)構(gòu)、以及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算等。決定這些參數(shù)的主要因素是開挖深度、工程水文地質(zhì)條件、地面荷載、鄰近建筑物以及地下管線等。
一般土層基坑噴錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為：
1、 群錨布設(shè)縱橫間距：Sx（Sy）=1.1m～1.5m,前者為軟弱土層，后者為硬塑土層。
2、 群錨鉆孔直徑d孔視乎選擇適合土層的成孔施工方法，一般可硬塑土層選擇鉆孔錨桿，d孔=0.11～0.13m，采用鉆進(jìn)成孔，一般水下軟弱土層選擇注漿錨管d=φ48～φ60鋼管，采用打入式成錨，一般巖石采用氣動(dòng)沖擊成孔或鉆進(jìn)成孔，d孔=76mm～110mm，且在中風(fēng)化以上巖層成孔深度不宜超過5米。但對(duì)裸露巖坡，必須用群錨牢固拉結(jié)巖層層面，節(jié)理裂隙面。錨桿傾角一般以12°～15°為宜，除非具備有效的壓力注漿止?jié){塞工藝，錨孔傾角不宜小于8°。為避開地下障礙物或上層軟弱土，傾角可加大到35°。
3、 錨桿長度在基坑上部一般為L=1.2H～1.6H（H為基坑開挖深度），前者適用工程水文條件較好的基坑，后者適用土質(zhì)差、水位高周邊常有動(dòng)載的基坑。接近基坑底層的錨桿長度通常只有上層錨桿的0.5～0.7倍，呈倒梯形分布（與土壓力強(qiáng)度分布相反）。因?yàn)楸M管表層土壓力小，但通常土質(zhì)較差，雨水和外荷交替作用，錨固黏結(jié)力相對(duì)較差且較易破壞喪失，盡量布設(shè)較長錨桿可減少位移量，限制裂縫的出現(xiàn)，對(duì)安全
施工至關(guān)重要。對(duì)緊臨道路和建筑物的基坑，首排錨桿最好施加30%的預(yù)應(yīng)力鎖定。
4、 錨筋材料強(qiáng)度要與錨固力設(shè)計(jì)值相匹配，由于采用高密度錨桿，多數(shù)錨筋材料為φ25～φ28鋼筋或φ48注漿錨管，除非特別設(shè)置的預(yù)應(yīng)力錨桿才采用更高強(qiáng)度的材料。注漿一般采用水灰比0.4～0.5的純水泥漿強(qiáng)度等級(jí)不低于M20。 面層結(jié)構(gòu)包括二次噴射C20～C30強(qiáng)度等級(jí)細(xì)石砼，厚度為10～16cm,中間夾有兩層鋼筋網(wǎng)：φ6～φ8@200～300的綁扎網(wǎng)和焊接錨頭的φ14～16加強(qiáng)筋網(wǎng)。
三、 設(shè)計(jì)計(jì)算的幾個(gè)問題
1、土壓力分布：噴錨網(wǎng)設(shè)計(jì)意圖是用錨桿錨固力分段平衡土壓力，施工是逐級(jí)下挖支護(hù)，實(shí)測(cè)證明邊坡面層上土壓力分布與傳統(tǒng)庫輪理論不同， 山西王步云在10.2m高的均質(zhì)土坡中，用P～Y模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)土壓力分布，[P（側(cè)壓力）=K11（地基水平基床系數(shù)）×Y（坡面結(jié)構(gòu)撓度）]，原位試驗(yàn)表明土壓力強(qiáng)度逐漸遞增至開挖高度一半以后，不再增加（見圖1，圖2）。
即eai=me×K×r×hi；
當(dāng)hi＜H/2時(shí)，取hi=h；
當(dāng)h＞H/2時(shí)，取hi=H/2；
eai—主動(dòng)土壓力強(qiáng)度；
me=1.1～1.2工程條件系數(shù)；
r—土密度；
h—坡高度；
H—基坑深度；
K=1/2（K0＋Ka）介乎靜止土壓力和主動(dòng)土壓力之間的側(cè)壓力系數(shù)。
K0=1-Sinψ,Ka=tg2（45°-ψ/2）；
ψ—等值內(nèi)摩擦角。
若有地下水和地面堆載q，則水壓不能折減
eai=me×K×(r’×hi+q)+rw×h水
以上理論是在均質(zhì)土層中實(shí)測(cè)所得，而自然土層通常都是深層土強(qiáng)度優(yōu)于表層，按上式計(jì)算土壓力是安全的。
①庫倫主動(dòng)土壓力；
②實(shí)測(cè)土壓力；
③簡(jiǎn)化計(jì)算土壓力。
4、 潛在滑裂面形式：經(jīng)噴錨網(wǎng)支護(hù)處理的均質(zhì)土坡面，采用足
尺監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，證明其破壞滑裂面不同于庫倫破裂面（按45°+ψ/2）發(fā)展，也不同于有限元分析得出的對(duì)數(shù)螺線滑裂面，原位試驗(yàn)證明：挖深度為H的基坑破裂面在0.75H以上為一垂直平面，離開坡面距離為0.3H，而在坑底0.25H一段則是一個(gè)傾角約40°的圓弧滑動(dòng)面。多數(shù)破壞形式為沿破裂面滑移上挫，上段溜塌下段呈舌弧外突，錨桿與土層之間出現(xiàn)塑行流動(dòng)，錨桿或者拔出破壞，或者彎曲下挫，甚少面層結(jié)構(gòu)脫落。在設(shè)計(jì)計(jì)算錨固力時(shí)，可取錨桿前段0.3H長度為潛在主動(dòng)滑以區(qū)，不計(jì)算錨固力（見圖3、圖4）
l 錨桿錨固力設(shè)計(jì)。目前主要依據(jù)有兩本規(guī)范：①巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-94）；②土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（CECS22:90）。前者對(duì)砂層錨桿計(jì)算要考慮上覆有效土壓力，對(duì)粘性土則利用不排水抗剪強(qiáng)度來計(jì)算界面摩擦力。后者則是按各類土層界面黏結(jié)強(qiáng)度（推薦經(jīng)驗(yàn)值）來計(jì)算錨桿界面摩擦力。筆者認(rèn)為4米高度以上應(yīng)采用①規(guī)范計(jì)算錨固力，4米以下則應(yīng)該采用②規(guī)范計(jì)算錨固力，部分抗剪試驗(yàn)資料表明深
4～10米的錨固力主要決定于土層黏結(jié)力，而與上覆土壓力無明顯相關(guān)關(guān)系。但是實(shí)際設(shè)計(jì)中深4米以上的錨桿設(shè)計(jì)，如前所述主要是安全構(gòu)造設(shè)計(jì)，規(guī)定錨長為1.2H～1.6H是安全的需要，其錨固力遠(yuǎn)高于淺層抗衡土壓力的需要。
一般錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值Rt=∏×d×gs×Ls
d—錨固體直徑
gs—土的錨孔界面黏結(jié)強(qiáng)度
Ls—錨固體有效長度
鋼筋強(qiáng)度要與錨固力相適應(yīng)設(shè)計(jì)截面積為At=Rt/fptk
式中fptk—鋼筋、鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值
5、 噴錨網(wǎng)內(nèi)部穩(wěn)定分析
1) 錨固力極限狀態(tài)
∏×d×gs×Ls/×Sx×Sy≥1.4（臨）～1.8（永）
Sx×Sy：錨桿縱橫間距
ea：主動(dòng)土壓力強(qiáng)度
2) 錨筋抗斷裂極限狀態(tài)
At×fptk/ea×Sx×Sy≥1.3～1.5
At×fptk—錨筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值
3) 面層配筋砼板強(qiáng)度抵御水壓力驗(yàn)算（略）
6、 外部穩(wěn)定性驗(yàn)算
在保證內(nèi)部穩(wěn)定和整體黏結(jié)的條件下，噴錨體結(jié)構(gòu)可視為重力式擋土墻。
1＝ 抗滑動(dòng)驗(yàn)算
Kg=∑Rt/∑Ea≥1.3～1.5
2＝ 抗傾覆驗(yàn)算
Km=∑Rt×ht/∑Ea×ha≥1.3
3＝ 抗涌淤砂驗(yàn)算
Fs=Mr（抵抗矩）/Md（滑動(dòng)矩）≥1.5
Mr=R×∫∏SudR=R2×∏×Cu
Cu—十字板剪切測(cè)試土飽和不排水抗剪強(qiáng)度
R—涌淤滑動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)驗(yàn)算半徑
Md=W×R/2=（r×H×R/2）×R/2=R2/4×r×H
l 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)要求：
1＝ 抽檢錨桿數(shù)1%進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)。
2＝ 水平位移和豎向沉降觀測(cè)的設(shè)置。
此外，整個(gè)設(shè)計(jì)過程要將防水止水措施放在首要地位周詳考慮。
四、 噴錨網(wǎng)支護(hù)施工
施工工藝流程一般規(guī)定如下：
機(jī)械開挖→人工修坡→噴射底層細(xì)石砼→錨桿成孔→清孔→安置錨筋與注漿→綁扎底網(wǎng)筋并焊接錨頭加強(qiáng)筋→噴射面層砼全封閉→視土質(zhì)確定齡期進(jìn)入第二層循環(huán)作業(yè)。
l 開挖：步距應(yīng)與錨桿層距一致，并要按暴露土層的直立能力、浸水情況進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)要進(jìn)行分段跳挖、采用豎直注漿管棚等措施限制水土涌出，在重要的限制位移變形的地段盡量減少挖深，嚴(yán)禁超挖，并盡快噴射底層砼，加速凝劑。
l 成孔：按土層和地下水量選擇合理鉆機(jī)和鉆具。多用地質(zhì)鉆機(jī)或土錨鉆機(jī)（YTN-87）。電動(dòng)液壓鉆機(jī)或風(fēng)動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，若采用注漿錨管，則采用風(fēng)動(dòng)錘擊成孔。值得注意兩點(diǎn)：一是盡量不用泥漿護(hù)壁成孔，免使錨固力大為降低；二是超過10米深孔不宜用手工洛陽鏟，因費(fèi)用低，成孔快，廣為采用，但洛陽鏟成孔多成水平狀，甚至倒斜角，在之漿閥不完善的條件下經(jīng)常灌漿不滿，錨固力甚低�？孜豢v橫定位允差分別為±10cm～±5cm。
l 清孔：用壓縮空氣0.5～0.6MPa吹清殘土或0.15MPa清水洗孔去泥壁，這個(gè)工序?qū)μ岣咤^固力很重要。
l 置筋與注漿：錨筋要設(shè)置定位架，連同注漿管一齊插到孔底，壓力灌漿使?jié){從孔口流出，要求錨固力大的尚要設(shè)補(bǔ)壓管，在初凝前補(bǔ)漿、對(duì)注漿錨管要在口部設(shè)止?jié){塞。漿液采用525#純水泥漿，水灰比0.4～0.5，強(qiáng)度等級(jí)不低于20MPa。
l 披掛面層鋼筋并焊接錨頭，錨頭焊接有幾種方式，鋼筋穿孔焊接或井字短筋壓焊。
l 噴射第二層細(xì)石砼坡面全封閉。一般坡面砼板厚度為12～16cm。在施工過程中，一般會(huì)在坡面設(shè)置一些泄水管，待最后結(jié)束時(shí)予以封閉。
上面提到的超前注漿錨桿和高壓注漿管棚技術(shù)都被證明是防止開挖面水土流動(dòng)的有效工藝，要視乎施工隊(duì)伍的工藝水平并通過試驗(yàn)確定施工參數(shù)。
