储 洁

(无锡水文工程地质勘察院有限责任公司，江苏 无锡 214100)

0 引言

钱七虎院士指出19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪是“地下空间”的世纪。地上空间的日渐不足促使地下空间的开发利用成为当前城市建设的热点之一，改造开发新型地下区域已成为一种必然，诸如大规模的地下综合体、地下商场，以及大量的市政工程如地下停车楼、废水处置系统、地下综合管廊等。基坑工程呈现出“大、深、紧、近”的特点[1,2]。基坑规模越来越大，开挖越来越深，周边环境复杂敏感，临近大量管线、建筑物和地铁等，面临的技术挑战和施工风险越来越大。

目前对于开挖深度小于6.0 m的基坑，若周边较空旷，大部分都在采用复合土钉墙支护和深层搅拌桩止水，这种支护形式优点是工程造价低、工期短，缺点是变形较大[3]。而对于开挖深度大于7.0 m的深基坑，传统的支护形式是排桩加内支撑，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临时性的工程，支护结构在安全可靠的前提下允许其有一定的变形，努力使工程造价最低，实现投资效益的最大化。拉森钢板桩加钢支撑支护形式就是解决挖深7.0 m～10.0 m深基坑的一种既经济又安全的方法。

1 拉森钢板桩加钢支撑支护形式的特点

对于开挖深度在7.0 m～10.0 m的中等深度的基坑，在保证安全的前提下，可以考虑采用拉森钢板桩加钢支撑支护形式。具有下列几项主要特点：

1)拉森钢板桩既能挡土又能止水，不需要再单独设置止水帷幕，可节约工程造价。

2)拉森钢板桩施工结束即可进行土方开挖，无需养护时间，因此缩短了工期。

3)采用高频液压振动对周边环境破坏影响较小。

4)拉森钢板桩可重复使用，绿色环保，经济效益较高。

拉森钢板桩作为一种高效节能的绿色环保支护形式，适用于受场地等条件限制必须进行垂直开挖的地下工程施工。

2 工程概况

本工程位于苏州工业园区某厂区内，现大部为荒地，局部为停车场和厂区道路，整个场地地势略有起伏。根据区域地质资料，本地区第四纪以来地壳运动以沉降为主，广泛接受堆积，形成广阔单一的堆积平原地貌。第四系地层分布广，厚度大。

地下构筑物为涂装渣捞取室设备基坑，基坑大小15.0 m×17.0 m，基坑周长约64.0 m，基坑面积约255.0 m2，开挖深度8.85 m。自然地坪相对标高-0.35 m。

基坑开挖影响深度内，场地土层自上而下依次为：

①1素填土：停车场、厂区道路部位上部为厚约15 cm～30 cm的水泥地坪，下部以回填粘性土为主，灰黄～灰褐色，软塑状态，局部含较多碎石、砖块，不均匀，回填时间约9年。

①2素填土：灰黄～黄灰色，软塑状态，局部为灰黑色流塑状态的淤泥质填土，夹少量碎石、砖块，不均匀，回填时间约12年。

②粘土：褐黄～黄褐色，可塑状态，含少量铁锰质结核，块状结构，较均匀。无摇振反应，有光泽，干强度高，韧性高。

③粉质粘土：灰黄色，可塑状态，含锈斑，尚均匀。无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

④1粉土夹粉质粘土：灰黄色，稍密状态，很湿，局部夹粉质粘土较多，不均匀。摇振反应中等，无光泽，干强度低，韧性低。

④2粉土：灰黄～黄灰色，中密状态，湿～很湿，局部夹少量粉质粘土，不均匀。摇振反应迅速，无光泽，干强度低，韧性低。

⑤粉质粘土：灰色，软塑状态，局部夹少量粉土薄层，不均匀。无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

⑥1粉土夹粉质粘土：灰色，稍密状态，很湿，局部以粉质粘土为主，不均匀。摇振反应中等，无光泽，干强度低，韧性低。

⑥2粉土：灰色，中密状态，湿～很湿，局部夹粉质粘土薄层较多，不均匀。摇振反应迅速，无光泽，干强度低，韧性低。

3 基坑周边环境

基坑周边环境用地较紧，四周均为工程桩或地坪桩，桩顶标高-1.90 m，基坑北侧距离工程桩最近3.9 m，基坑南侧距离工程桩最近4.9 m；基坑西侧距离工程桩最近6.3 m；基坑东侧距离地坪桩最近1.7 m。基坑周边环境示意图如图1所示。

4 基坑支护方案设计

由于基坑距周边工程桩或地坪桩的距离比较近，所以在确保安全、工期并降低工程造价原则下，采用放坡与400×170拉森Ⅳ型钢板桩(L=15.0 m)联合，内设二道水平钢支撑的支护方式。

由于上部4.0 m为素填土，松散，对支护结构产生较大的主动土压力，由于基坑距离工程桩或地坪桩还有一定距离，东侧最近约1.70 m，因此对上部1.50 m进行放坡挂网喷浆处理，以最大的限度减少主动土压力。基坑平面如图2所示。

5 整体计算分析

整体计算采用MIDAS有限元软件计算。MIDAS提供了多样化的建模方式，强大的分析功能，利用最新求解器获得最快的分析速度。

5.1 基本假设

1)按平面问题进行处理。

2)支护结构周边的被动土压力采用仅受压弹簧模拟。

3)作用在围檩上的土压力按均布荷载考虑。

5.2 计算模型

严格按照实际工程原型尺寸进行建模，其中围檩采用梁单元，角撑采用杆单元，建立好的支护结构模型如图3所示。

5.3 单元材料参数

围檩：单根H400×400×13×21型钢的标准截面面积为21 454 mm2，采用Q235钢材，材料抗压强度设计值均为205 N/mm2。

角撑：H400×400×13×21型钢，面积21 454 mm2，弹性模量E=2.06 GPa，采用杆单元。

被动土压力弹簧刚度：坑外被动土弹簧刚度K=30 000 kN/m。

5.4 计算结果及分析

5.4.1基坑整体位移

图4为支护结构总位移图，从图4中可以看出，基坑第一道支撑总的位移控制在3 mm之内。位移最大值为2.8 mm，位于基坑长边的中间，满足基坑变形的要求。

图5为支护结构总位移图，从图5中可以看出，基坑第二道支撑总的位移控制在7 mm之内。位移最大值为6.6 mm，位于基坑长边的中间，满足基坑变形的要求。

5.4.2支撑杆件内力

第一道支撑计算结果分析：根据组合应力最大的轴力和弯矩验算围檩强度：

第二道支撑计算结果分析：根据组合应力最大的轴力和弯矩验算围檩强度：

围檩强度满足规范要求。

该基坑支护工程自钢板桩施工至基础底板完工历时3个月，根据对基坑的监测结果显示，桩顶位移最大在基坑长边中间，其最大位移为5.8 mm，与设计计算位移基本一致，无险情发生，表明上部放坡与400×170拉森Ⅳ型钢板桩联合，内设二道水平钢支撑的支护方式在本基坑中的运用是成功的，见图6～图9。

6 结语

1)对于开挖深度在7.0 m～10.0 m的中等深度的基坑，在保证安全的前提下，采用上部放坡与拉森钢板桩联合，内设水平钢支撑的支护方式是可行的。

2)拉森钢板桩作为一种高效节能的绿色环保支护形式，适用于受场地等条件限制必须进行垂直开挖的地下工程施工。

3)基坑桩顶变形量软件计算分析结果与现场监测数据基本保持一致。

4)由于钢板桩打拔有一定的震动，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。