摘 要：详细介绍了某工程应用土钉墙联合钢板桩加一道内支撑的支护技术成功围护深基坑的实例。通过该工程实例，对于开挖深度在7.0－10.0m范围的深基坑，在周边环境及地质条件允许的情况下，建议采用土钉墙联合排桩加一道内支撑的复合围护方式。与传统的支护形式——排桩加两道水平内支撑体系相比，前者在安全、造价及工期上具有相当的优势。
关键词：基坑围护，土钉墙，钢板桩，深基坑
中图分类号：TU463 文献标识码：A 文章编号：
作者简介：郑少河，1972年9月生，男，河北唐山人，2000年毕业于中国科学院武汉岩土力学研究所，获工学博士学位，岩土工程专业，高级工程师，主要从事基坑、路基及特殊土方面的设计和研究工作。E-mail: shaohezheng@hotmail.com
The Design and Application of Bracing of Foundation Pit Using Combining Soil Nail and Steel Sheet-Pile Wall
ZHENG Shao-he JIN Jian-liang XU Cheng-peng
(Shanghai Research Institute of Building Science, Shanghai 200032)
Abstract: A successful application of bracing of foundation pit using soil nail wall and steel sheet-pile wall with one internal bearing beam is introduced. According to the engineering project, it is showed that the above bracing method is suggested in the 7.0m to 10.0m-deepth foundation pit excavation, when surrounding building, underground pipes and geological conditions are permitted. Compared with the common method of sheet pile-braced cuts with two internal bearing beams, the bracing method proposed in the paper is dominant in safety, cost and engineering duration.
Keywords: Bracing of Foundation Pit, Soil Nail Wall, Steel Sheet-Pile Wall, Deep Foundation Pit
1 前 言
影响深基坑支护安全的因素较多,主要受到周边建筑与地下管线、场地条件、地层情况、水文地质条件的影响，与施工管理与现场监测也密切相关。近年来土钉墙支护由于其经济、可靠、施工便捷等显著优点在基坑工程中得到了迅速的推广和应用，同时针对一些地质条件差、开挖深度较深的情况，土钉与水泥搅拌桩、土钉与超前微型桩等支护手段相结合的复合土钉支护技术也得到了很快的发展[1,2]。
目前在软土地区，对于开挖深度小于6.0m的基坑，若能解决水平放坡距离（周边环境较好）和坑底抗隆起两个问题, 大部分都在采用复合土钉墙支护和深层搅拌桩围护[3]。而对于开挖深度大于7.0m的深基坑，传统的支护形式是排桩加两道内支撑，这种支护形式优点是变形较小、易控制，缺点是工程造价高，工期长[4]。由于支护工程毕竟是属于临时性质的工程,支护结构在安全可靠的前提下允许其有一定的位移量，努力使工程造价最低，实现投资效益最大化。土钉墙与排桩内支撑联合应用就是解决开挖深度7.0－10.0m深基坑支护设计的一种既经济又安全的方法之一。
2 土钉墙联合排桩加内撑支护的特点
在软土地区，对于开挖深度在7.0-10.0m的中等深度的基坑，在保证安全的前提下， 可以考虑采用土钉墙联合排桩加内支撑支护。即在基坑上部采用土钉墙支护形式，在基坑下部采用钢板桩等排桩支护形式。
土钉墙支护是利用设置于土体内部的土钉及喷射混凝土面层所构成的柔性支护体系, 通过提高土体自身的强度来抵挡变形的主动支护体系, 具有下列几项主要特点：
（1）能合理利用土体的自承能力, 将土体作为支护结构不可分割的部分。
（2）施工设备简单, 操作方便, 施工不需要单独占用场地。
（3）在工艺上采用了边开挖边支护的施工方法，不占用单独作业时间，因此缩短了工期。
（4）有利于根据现场监测变形数据, 及时调整土钉长度和间距。
（5）工程造价低。
所以在保证安全和工期的条件下，采用土钉墙支护技术不失为一个很好的选择。但在软土地区，土钉墙支护的深度一般在5.0m左右。对于更深的基坑开挖，坡顶最大水平位移可能超出容许范围。
对于开挖深度7.0-10.0m的基坑，传统的支护形式是排桩加两道内支撑支护，这种支护形式优点是变形较小、易控制, 缺点是工程造价高、工期长。
所以针对开挖深度在7.0-10.0m范围内的常见基坑，在周边环境允许的条件下，可以考虑采用土钉墙联合排桩加内支撑支护。该方法最大限度地结合了各种支护方式的优点，既能在一定程度上控制基坑变形，保证基坑开挖的安全，又能缩短工期、节省投资。
3 工程概况
拟建场地位于无锡某电子有限公司厂区内，场地部分为古河道暗浜区，地势起伏较大，本场地地貌单元属冲湖积平原，广泛分布第四系松散沉积土体。地下构筑物为10000.0吨超大型地下蓄水池，基坑大小75.0X32.0m，214.0延长米，开挖深度9.0m。自然地坪相对标高±0.00。
基坑开挖影响深度内，场地土层自上而下依次为：松散的杂填土、灰黄色粉质粘土、灰黄色粉质粘土夹粉土、灰色粉质粘土夹粉土、灰黄色粉质粘土，各土层的土体特性指标见表1。
基坑开挖影响范围内的主要含水层是①层杂填土，属于上层滞水，受控于大气降水。地下水位埋深在0.5—1.5m之间变化，对砼构筑物无侵蚀性。②层土渗透系数很小，②层及以下各土层含水量较小。
4 基坑周边环境
基坑周边环境不是很理想，地下遍布管线，紧邻周边建筑。北侧为一条平行基坑边界的工厂主排水管和工业主厂房。主排水管直径1100mm，自地表埋深400mm，距离基坑边界2.9m，排水量约3000t/d；主厂房为跨度120m，宽50m的四层框架结构的大型工业厂房，距离基坑边界6.5m。基坑北侧为开挖重点监测部位。基坑东侧有一条埋深1.5m，宽1.2m，平行基坑边界的砖砌电缆沟通向主厂房，距离基坑边界4.0m；西北侧为污水管线和混凝土管沟，距离基坑开挖边界3.0m；基坑南侧为另一待建的地下水池区域。基坑周边环境示意图如图1所示。
5 基坑围护方案的设计与更改
原设计单位提出的设计方案是：采用Ⅴ号小齿口拉森钢板桩围护全长布置，桩长18.0m，两道Φ609钢管水平支撑。考虑到工程工期很紧，且该方案支护费用较高，业主提出要求，进行方案调整与优化。
本工程基坑开挖深度为9.0m，在认真分析了场地土层分布和地下管线和周边构筑物的基础上，作者认为该区域土体力学特性良好，对基坑安全影响最大的北侧工业主厂房的基础落在② 粉质粘土上，只要能控制住②层和③层土的位移，就能保证基坑开挖的安全。由于基坑与距周边构筑物的距离比较小，所以在确保安全、工期并降低工程造价原则下，我们建议采用土钉墙与拉森钢板桩联合，内设一道水平内支撑的复合围护方式。
基坑北侧围护形式剖面如图2所示；除没有厂房基础外，东西两侧围护形式亦同图2：
（1）由于地表填土极为松散，对围护结构产生的较大的主动土压力，并考虑地下管线的埋置深度，决定先卸载地表填土0.4米，以最大限度减少主动土压力。
（2）粉质粘土②的土体物理力学性质较好，且层厚较厚，可为土钉提供理想的拉力层，因此上部（－0.40～-4.00m）决定采用土钉墙支护。
（3）下部（-4.0～-9.0m）采用Ⅳ号小齿口拉森桩加单层内支撑围护。桩长8.0 m，内支撑采用609X16钢管。
地下管线以及基坑北侧的工业厂房基础妨碍了土钉的打设，为保证周边构筑物的稳定性，土钉参数如下：设置4排土钉，土钉垂直间距0.8m，水平间距0.8 m, 梅花形布置，土钉倾角10°，土钉直径120 mm。土钉水泥浆配比0.5，注浆压力0.4-0.6Mpa。土钉主筋采用Φ48X3.0无缝钢管,长度自上而下依次为8.0m、8.0m、8.0m、7.0m；
面层参数:喷射混凝土设计强度C20，水灰比0.45，喷射厚度100mm；钢筋网Φ6@200mm双向布置，拉结筋Φ14。另外为保证坡顶稳定，在坡顶做2.0m的钢筋混凝土翻边（可以与坑外路面硬化层连接）。
基坑南侧采用放坡联合钢板桩加单层内支撑围护，放坡坡度1：1.0，Ⅳ号小齿口拉森桩，桩长8.0 m，内支撑采用609X16钢管。放坡坡面喷射C20混凝土，水灰比0.45，喷射厚度60mm;内置钢筋网片，在坡顶做2.0m的钢筋混凝土翻边。剖面详图如图3所示。
该基坑支护工程自土钉墙围护施工至蓄水池底板完工历时4个月, 到2006 年2 月为止,根据对基坑的监测结果显示,坡顶位移最大在北侧坡顶,其最大位移为29 mm, 最大位移与基坑深度比值约0.3％，无险情发生，表明土钉墙与拉森钢板桩联合，内设一道水平内支撑的复合围护方式在本基坑的运用是成功的。
6 结束语
（1）对于开挖深度在7.0－10.0m范围内的基坑，传统的支护形式是排桩加两道内支撑。通过工程实例证明，在周边环境允许并在保证基坑安全的前提下，可优先考虑采用土钉墙与排桩（钢板桩、灌注桩等）加内支撑联合支护型式。不仅可以节省经费，同时也缩短工期。
（2）近几年来，土钉墙与排桩（钢板桩、灌注桩等）加内支撑的支护体系在开挖深度为7.0－10.0m 的基坑中得到了推广和应用，但应注意的是由于上部土钉墙部分的变形较内支撑围护体系大，对于场地环境特别复杂，周边建筑物对变形要求严格的工程应慎用。