(太原理工大学，山西太原 030024)

1 工程概况

山西大学附属中学文体中心，位于太原市坞城路，东临坞城路，北面为教师高层住宅，南面为富中商厦，西面为教学楼，基坑整体尺寸东西长76 m，南北宽52 m，基坑开挖深度7.50 m，周长256 m。

2 地质情况

根据地质勘查报告显示，工程场地土自上而下分为5层:第①层杂填土:黄褐色，层底埋深1.5 m～6 m，平均厚度2.54 m，承载力80 kPa。第②层湿陷性黄土:褐黄色，层底埋深7.5 m～9.5 m，平均厚度8.28 m，承载力120 kPa。第③层粉土:黄褐色，层底埋深12.9 m ～14.9 m，平均厚度为 13.82 m，承载力 150 kPa。第④层粉土:褐黄色，层底埋深15.8 m ～17.6 m，平均厚度为16.4 m，承载力120 kPa。第⑤层粉质粘土:黄褐色，未揭穿，承载力200 kPa。根据地质勘察状况，本工程开挖不扰动地下水，稳定地下水位介于 －11.70 m～ －12.80 m，固不考虑地下水影响。

3 支护方案的选择

本工程的主要难点在于基坑东侧1 m处为一条煤气管道，煤气管道以东6 m为坞城路;基坑南侧3.5 m处为富中商厦，地上5层，该基础埋深4 m;基坑西侧3 m处为一排树木;基坑北侧西部2.7 m处为锅炉房，该基础埋深1.35 m;基坑北侧东部2 m处为地下车库，该基础埋深6.41 m。场地狭小，施工对周围建筑物的影响大，施工安全要求高。

结合上述难点，通过对支护形式的综合比较，最终选用土钉墙加挡土灌注桩方案:基坑①～⑥/G土钉长度为12 m;A～G/①土钉长度为12 m;①～⑥/A土钉长度设计为9 m;A～G/⑩土钉设计长度为12 m，共600个土钉。喷射C20混凝土，上翻1500 mm;⑥～⑩/G，⑥～⑩/A局部采用混凝土灌注桩+冠梁，灌注桩有效桩长13000 mm，共40根。冠梁为900 mm×500 mm，采用C30混凝土。

4 支护结构设计要求

4.1 支护钢筋混凝土灌注桩及冠梁

1)支护桩采用钢筋混凝土灌注桩，机械成孔，桩长13.5 m，桩径800 mm，桩间距为1.5 m，桩身混凝土强度等级C30，主筋保护层厚度50 mm。

2)冠梁截面尺寸900 mm×500 mm，混凝土等级C30，主筋保护层厚度35 mm。

3)灌注桩间打入1000 mm长直径14的钢筋，水平向、竖向间距各为2000 mm，并挂钢丝网片，钢丝网网格尺寸为50 mm×50 mm，喷射C20混凝土。

4.2 土钉墙

1)土钉。

土钉采用机械和人工洛阳铲成孔，成孔孔径不小于100 mm，土钉入射角度15°，钢筋每隔2000 mm设置一个对中支架，土钉采用φ22钢筋。土钉浆体采用纯水泥浆，水泥采用32.5矿渣水泥，水灰比0.5～0.6，注浆水泥量严格按设计要求不得小于每米20 kg，注浆压力 0.4 MPa ～0.6 MPa。

2)钢筋混凝土面层。

钢筋网为双向Φ6.5@200，外压Φ14钢筋。保护层厚度不小于30 mm，Φ14钢筋应与土钉焊接。喷射作业应分段进行，一次喷射厚度不小于40 mm，喷射混凝土强度等级为C20，厚度为80 mm。

3)所用钢筋接头都要按受力钢筋焊接，网片点焊或绑扎成形。

钢筋采用HPB235及HRB335。

5 施工方案

施工程序:施工准备→定位放线→降水→基坑土方开挖→基坑支护工程→基坑验收。

5.1 土钉墙支护施工

1)施工顺序。

由东向西，分层施工，基坑开挖以每个断面土钉间距为厚度进行，逐层向下开挖，每开挖一层相应完成钢筋土钉的施工和面层混凝土的喷射工作，直至土钉墙施工完成。根据现场土质，采用先喷后锚。

2)土钉墙施工工艺流程见图1。

图1 土钉墙的施工工艺流程图

3)土钉制作、成孔。

成孔作业前，按设计位置确定孔位。孔位呈15°俯角，孔径不小于100，成孔深度符合设计要求。土钉均采用HRB335Ф22螺纹钢筋，在施工现场按设计长度截断或焊接。土钉每隔2 m焊接一组Φ6.5钢筋制作的对中支架，土钉钢筋端部做L形土钉帽与钢筋网片及混凝土面层连接。在基坑开挖至要求深度后设置土钉，土钉间距为1.5 m。土钉安装完成后，再固定好钢筋网片。

4)土钉注浆。

注浆采用BW150型注浆机进行。注浆压力控制在0.4 MPa，使浆液充满孔内并适度扩散到周围土体中，注浆材料选用P.O32.5 水泥，水灰比为0.4 ～0.5，浆液应搅拌均匀，注浆充盈系数不小于1.1，随拌随用。浆液在初凝前用完。注浆过程中边注浆边拔注浆管，并要求始终将注浆管头置于水泥浆液中。

5)喷射混凝土。

本工程采用干喷法。采用12 m3的空压机喷射装置用干浇工艺进行喷射。喷射混凝土的配合比为水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2，水泥采用P.O32.5级水泥，喷射作业前，做好基层清理。在进行喷混凝土作业时，空压机风量应大于9 m3/min，气压控制在0.3 MPa左右，喷头水压大于0.15 MPa，喷射间距控制在1 m左右，并和墙面尽量保持垂直，以保证喷射强度。开喷前先通风再给料给水，终凝前先停水停料，再停风。喷射混凝土从开挖层底部逐渐向上进行，接缝部分做成45°角。喷射第二层混凝土前，应去除第一层混凝土松散、松动的部分。面层喷射混凝土终凝2 h后喷水养护不少于3 d。喷射混凝土强度按GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范中对混凝土强度检查的规定，并根据喷射混凝土的特点，取同材料、同配合比、同喷射工艺的混凝土作为一个验收批，并要求每一个工作班内，每50 m3或小于50 m3工程量制取一组强度检验试块，每组试块不得少于3块。

6)在施工时设置非工作钉进行抗拔试验，面层混凝土按规范要求进行抗压强度试验。

5.2 灌注桩施工

工艺流程:钻机就位→钻孔→注泥浆→排渣→清孔→吊放钢筋笼→二次清底→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管。

1)支护桩定位放线。

在钻孔灌注桩开始施工前，根据设计提供的坐标及高程控制点对桩定位放样，并在不受施工影响的位置设置临时控制点，放线完成后提供完整的测量资料。复核无误后开钻施工。同时，应对桩位点采取保护措施。

2)钻机就位。

钻机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，保证钻头中心与桩位中心相重合，偏差不超过20 mm。

3)钻进成孔。

钻机的钻杆上标有尺寸，来控制钻孔深度。钻杆上设有扶正器。钻完后用测绳复测实际孔深。

4)钢筋笼制作安放。

对钢筋的焊接及检验由专人负责。钢筋笼安放时，应确保笼子顺直、牢固、不变形，入孔时应对准中心徐徐下放，避免碰撞孔壁，若遇阻碍应查明原因，酌情处理后，再继续下入，下放到位后，安置牢固、稳定，笼顶标高允许偏差为±100 mm。

5)混凝土灌注。

安放钢筋笼后，测量沉渣不大于15 cm方可浇筑混凝土。混凝土灌注时应对混凝土作坍落度抽检(坍落度要求200 mm±20 mm)，每根作试块一组。灌注中应用测绳对混凝土面进行测试，灌注中及时填写灌注记录表。灌注完毕后，对空桩应及时回填，确保桩头强度和施工安全。

5.3 土钉墙施工技术措施

土钉墙施工前对周围建筑物及地下管线等进行调查，事先制订好防止危及周围建筑物、道路、地下设施采取的措施以及应急预案。必要时采取针对措施，避免事故的发生。

1)从很多土钉失稳的实例看，无论施工阶段还是使用阶段，导致失稳的自然因素主要是软弱土层和地表及地下水。为预防土钉墙受水浸泡失稳，所有施工场地地面均做混凝土硬化，并做临时雨水系统排入市政管网，防止地表水对土体的浸泡。基坑四周做阻水坡，防止雨水流入基坑内。基坑内如有积水及时清除，以免影响土体稳定。

2)开挖时应分段分层作业，严禁超挖，尽量缩短土体暴露时间，及时在面层喷射混凝土。

3)土钉采用压力注浆，注浆时注满整个钉孔，以免减弱土钉的作用，影响土钉墙的稳定性。

4)基坑开挖期间禁止在坑边堆放超过设计要求载荷的重物。

6 基坑变形监测要求及结果

本基坑安全等级为二级。为确保基坑开挖过程中的安全，按GB 50497-2009基坑工程监测技术规范规定:基坑变形允许值为0.4%，基坑边坡变形预警值均定为25 mm，控制值定为35 mm。观测精度要求水平误差控制小于1.0 mm，垂直误差控制小于1.0 mm。采用方向法进行观测，从基坑开挖开始观测。位移观测点在第一步护坡做完后布置，并做好基准点的维护。土方开挖期间，要每天观测一次，其他可每周观测2次～3次，并做好记录。如地面变形产生裂缝时，应增设观测点，随时观测裂缝的变化。基坑开挖完成两周后，如边坡稳定不再继续变形，可放大观测周期，回填结束，观测停止。在对基坑进行变形监测的同时，安排专职安全员对基坑周边进行巡视，观察地表是否有裂缝、塌陷等，一旦发现异常情况应作好记录，观察变化情况，及时分析发生的原因，并根据对基坑安全的影响程度制定控制措施，确保基坑的安全。

本工程自2011年10月15日开始土方开挖至2012年5月1日地下室施工完成，在此期间对原建筑物进行沉降观测，周边建筑物的最大沉降为3 mm。支护最大水平位移18 mm，与基坑开挖深度之比为2.4‰，小于规范要求允许值4‰的规定。并且基坑变形基本趋于稳定，说明该基坑支护工程的设计和施工是安全的。

7 结语

该工程根椐场地地质情况及周边环境，采用了大面积土钉墙加局部灌注桩进行基坑支护。土钉支护体系成本较低。其次土钉墙施工速度快，机具简单，在开挖后短时间内即可封闭土体，基坑边坡变形能及时得到约束，安全性有保障，大大缩短了工期;由于该工程场地土质为黄土，因此黄土地层基坑支护选用土钉墙加灌注桩可以保证周边建筑物的安全，其低成本和安全稳定性方面具有明显的优势，在太原地区类似工程基坑支护应用中其值得借鉴。