摘要：某车库基坑开挖深度超过6m,场地既有建筑距基坑边仅0.3m，常规方法开挖容易引起周边建筑的开裂，为保证周边建筑的安全，在施工中采用了超前工字钢桩加土钉喷锚支护的施工方法，并适当调整施工顺序，成功解决了周边建筑的变形稳定问题。
关键词：超前工字钢桩,土钉,基坑支护
1工程概况
山东省高密市海怡东方花园2#楼位于高密市区内，场地狭小，周边建筑密集。东侧拟建的地下车库及汽车坡道紧邻即有围墙，围墙外侧有居民小区的工具房，居民区通道内地下埋有各种管线，情况复杂。基坑开挖深度6.5m，直立开挖，开挖线距东侧边墙30cm，基坑开挖中如产生变形，极易引起工具房开裂;因开挖线距边墙太近，多种处理方法受限，经过设计计算与工程实践经验，决定沿墙压入工字钢桩进行超前支护，以满足变形稳定要求。
2地质概况及周边条件
在钻探揭露深度范围内，基坑地质自上而下为1)素填土(平均厚度1.21 m)灰褐色，松散，稍湿。主要为粘性土，含有少量砂砾。
2)粉质粘土(平均厚度1.5 m)褐色，可塑。
切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
3)粉质粘土以下为全风化泥质粉砂岩(平均厚度1.3m)、强风化泥质粉砂岩(平均厚度8 m)、中风化泥质粉砂岩(平均厚度0.95m)。
基坑地下水水位丰水期为1.5m，枯水期为2.5m，年幅度变化为1.0m。
基坑开挖范围：东西长141.6m，南北宽32.5m。根据业主提供的资料，南边坡有3栋6层砖混结构楼房，基础埋深约2.9m，距离基坑5.3m;基坑北侧道路距离基坑13.0m;
基坑东侧建筑距基坑仅为0.2m,基本贴墙开挖，墙外有工具房，5米外有6层居民楼，距离短，坑边超载大，是本支护工程的难点所在。
3 基坑安全相关规定
根据地方建设主管部门规定 ,深度超过 4 m(含 4m)的基坑(槽)工程属危险性较大工程 ,必须办理安全监督的重大危险源申报手续。建设部{建质〔 2004〕 213号 《危险性较大工程安全生产专项施工方案编制及专家论证审查办法》 的通知}要求:基坑支护工程是指开挖深度超过5 m(含 5 m)的基坑(槽)并采用支护结构施工的工程;或基坑虽未超过 5 m ,但地质条件和周围环境复杂、地下水位在基坑底以上等工程。这类工程必须编制专项施工方案并组织专家论证。
4 施工方案
4.1施工方案简介
针对特殊的地质地形条件状况 ,靠围墙侧杂填土层较厚 ,填土中含水量较大 , 围墙基础采用毛石砌筑，年代久远。初期基坑局部开挖后曾引起侧壁位移,围墙多处出现细小裂缝 ,围墙东侧工具房也出现裂缝,只能采取土方回填应急方案 ,以保证围墙的安全。在经过了多次方案选择和比较的基础上 ,最后确定采用超前工字钢桩加土钉喷锚支护的方案 。
沿开挖线外侧按间距75cm垂直压入一排16a工字钢桩，压入深度为3.0m;共设置两排锚杆两排土钉，长度自上而下为9m、9m、6m、6m，水平间距为1.5m，垂直间距自上而下分别为1.2m、1.2m、1.5m、1.5m，杆体采用1φ20，锚孔直径110mm，倾角15度，孔内采用低压注纯水泥浆;面层布筋为φ8@200双向钢筋网，第一、二排为锚杆，横向用16a槽钢做腰梁，加预应力30kN，第三、四排为土钉，沿土钉端部横向通常布置1φ14加强筋，面层混凝土等级为C20，厚度80mm，混凝土面层在边坡顶部外翻至东侧边墙根部。工字钢桩施工完成后在围墙和桩之间实施压密注浆 ,来解决早期由于施工不当引起的位移裂缝 ,同时达到加固地基的目的。
考虑到本区域挖土的特殊性 ,施工中采用了分层分段跳挖的方式。第一层开挖深度控制为1 m ,宽度为7 m ,间隔7 m距离后再开挖 ,并及时做好土钉加强支护;待第一层支护完成且注浆体强度达到 70 %以上后开挖第二层。第二层开挖深度1.5 m ,宽度同第一层。
基坑开挖1.3m时，开始进行第一道锚杆支护，此时也是超前工字钢支护的最不利位置，需要对基坑进行抗倾覆稳定验算，如图3所示。
q1=18×3=54kPa;
q2=18×2×0.24/2=4.32kPa;
q3 = 18×2=36kPa
EP = 0.5×1.7×1.7×18×tan2(45°+16.5°/2)+2×31×1.7×tan(45°+16.5°/2)= 187.74 kPa
Ea = 23.71 kPa
抗倾覆稳定系数k=MP/Ma= EPhp/Eaha =187.74×0.57/23.71×2.8=1.62 >1.3 满足要求。
基坑坡面钢筋网采用φ8钢筋按200 mm×200 mm网格编制 ,网格每节点选用φ0.5低碳钢 丝绑扎。钢筋须张拉调直 ,同时钢筋网片编完后即焊压连筋 ,土钉和加强筋、 联系筋之间均用焊接形式连接。本基坑要求首层竖向钢筋(φ8)与基坑周边纵向固定钢筋焊牢 ,以加强土钉墙钢筋骨架的整体性。待钢筋网编挂完成,压筋、加强筋焊接结束后 ,立即喷射混凝土面层 ,喷射混凝土强度C20。在每一段施工搭接前 ,要求必须将搭接处泥土和杂物清除干净 ,保证喷射混凝土搭接良好 ,确保喷射混凝土的质量 ,不发生渗漏现象。
4.2施工注意事项
4.2.1施工顺序
1)在基坑边放线定位，使全部工字钢桩平直成线。
2)挖斗把工字钢吊起来，人工配合，用挖斗把工字钢缓慢压下去。
3)基坑分步开挖，待上步锚杆土钉达到设计要求后方可下步开挖。
4.2.2施工质量控制
1)挖土机在挖土过程中不能碰撞支护结构，否则容易引起工程事故。
2)工字钢桩边设法多留三角土，从而增加被动侧压力，解决支护结构的时效问题。
3)在施工过程中，必须互通情报，做到信息化施工，若有情况，及时采取应急措施，如加强支撑、已挖去的土暂时回填等。
5 处理效果分析及经验总结
上述施工方案由施工单位邀请了相关施工工程专家进行论证。针对工程现场实际情况 ,专家们对方案提出了进一步的补充和完善 ,如提出了基坑
监测的相应要求和报警值的确定。在具体操作过程中 ,严格按照确定的施工方案组织施工 ,使基坑围护在科学、规范、有序、受控及安全的状态下施工。 施工经验总结如下：
1) 在靠近既有建筑物如此近的情况下，因地制宜合理选择施工机械是关键;
2) 施工过程的质量控制要掌握好 ,特别是混凝土的强度、 浆体水胶比和注浆压力等;
3)钢筋网和土钉间的焊接要牢固 ,土钉钢筋要通过锁定筋、 井字筋与加强筋连接牢固。
基坑围护实际施工周期为一个月 ,通过在施工过程中对围墙的监测 ,围墙的侧向位移和垂直位移很小 ,墙面也没有出现新的裂缝。表明超前工字钢桩的设置达到预期的目的。
6 结语
1) 支护效果表明：采用工字钢对临墙基坑进行超前支护是可行的，在本例中选择合适的施工机械也是关键问题。
2) 合理调整施工顺序，严格控制施工质量是确保支护安全的重要因素。
3) 在实际施工过程中，应及时进行监测，准确反馈情况，做好信息化施工。
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