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摘要：为了研究复杂周边环境和地质条件下的联合支护在深基坑进行应用，本文通过忻州市某深基坑为例，介绍了土钉墙+悬臂桩+桩锚+桩撑联合支护方案并进行了有限元数值模拟分析。研究证明了采用多种方式联合支护能够有效控制支护结构和周边环境的变形，经济合理，对于场地狭小、周边环境复杂的基坑有较好的适用性的结论，以期为类似工程设计和施工提供借鉴。
关键词：深基坑;联合支护;数值模拟
0 引言
随着城市建设的快速发展，市区建设用地日趋紧缺，地下空间开发利用也更受青睐。与之相伴随的基坑支护工程，面对复杂的周边环境和地质条件，其支护结构形式向多样化、组合化方向快速发展，《建筑基坑支护技术规程》[1]也规定可在不同部位分别采用不同的支护形式。多工艺联合支护体系可发挥不同支护结构的优点，能够满足复杂工程条件的要求，近年来学者们对其进行了大量的研究和分析，并得出了很多有益的结论[2-4]。黄明辉等[5]南昌市万寿宫项目基坑为例，介绍了桩锚-止水帷幕组合结构在异形深基坑中的应用，取得较好效果;黄涛[6]以北京地铁某基坑为北京，研究分段开挖、樁撑和桩锚联合支护方法，保证了基坑和周边环境的安全;俞海波等[7]采用PLAXIS数值模拟了排桩与土钉墙联合支护结构基坑变形。不同地区不同项目地层和周边环境存在一定的差异，针对不同地区的深基坑联合支护进行应用分析是十分重要的。
本文以忻州市某深基坑为例，结合地质条件及周边环境，提出了以土钉墙+悬臂桩+桩锚+桩撑联合支护方案，进行了有限元数值模拟并对计算结果与监测变形结果对比分析。
1 工程概况
本项目位于忻州市，为两层地下车库及一栋8层主楼，东侧距离小区道路2m，距离10层办公大楼为9.5m，基础采用灰土垫层;西侧为住宅小区，距二层商铺6m，距11层住宅楼10.9m，距地下车库14m，基础采用灰土挤密桩;北侧距离5层住宅楼17m，基础采用天然地基;南侧紧邻市政主干道绿化带，距离道路21m。基坑呈长方形，长73m，宽45m，深9-11m，现自然地面标高约为794.0-796.0 m。周边环境如图1所示。
2 工程地质条件及水文地质条件
场地地形地形较为平坦，地基土沉积时代及成因类型为第四系全新统中、早期河流相冲、洪积成因（Q4al+pl）粉土。场地内分布的土层情况及主要力学参数指标如表1。勘察期间实测地下稳定水位位于自然地表下16.0m左右，稳定水位标高约为757.5m。
3 基坑支护方案设计
3.1项目特点
1）基础处于市区，周边建筑物重多，有高层建筑、低层住宅、小区道路、地下车库等，还有市区道路、绿化带，对变形控制要求高。
2）东侧基础距红线3.3m;西侧基础距离红线5.5m;北侧基础距离红线7.7m;南侧基础距离红线10m。去除肥槽及支护结构占用，东西两侧支护施工基本贴近红线，红线即旁边小区围墙，用地空间有限。
3）建筑物基础埋深深浅不同，基坑外地面标高高低不一，基坑外没有施工空间，只能内放坡坑底取土。
3.2 基坑安全等级
根据基坑开挖深度、地质条件及周边环境条件，确定BC、GH段基坑支护结构安全等级为一级，其它剖面为二级。
3.3支护方案选择
支挡式支护结构受力明确，计算方法和工程实践相对成熟，是目前应用较多也较为可靠的支护形式;土钉墙是一种经济、简便、施工速度快、不需大型机械并广泛应用的支护形式;放坡在深基坑支护中一般与其它支护结构形式结合使用。根据本工程项目特点及经济适用原则，采用了多支护结构联合支护体系，各剖面选择如下：
BC、GH段两侧为高层建筑，有地下室及小区道路，变形控制要求高，采用了顶部放坡+桩撑支护。排桩桩顶标高-1.5 m，桩径0.8 m，桩间距1.2m，嵌固深度9.0m，内支撑梁0.8*0.8m，桩顶以上采用1：0.5 放坡。
东侧FG段距离红线（围墙）较近，红线外为小区道路，控制变形要求高，采用了桩锚支护，内支撑两侧为了变形控制和过度，AB、CD、HI也采用了放坡+桩锚支护。排桩桩顶标高-1.5 m，桩径0.8 m，桩间距1.2m，嵌固深度9.0m，桩顶以上采用1：0.5 放坡，锚索设定标高为-4.0m，两桩一锚，间距2.4m，锚索长25m，锚固段长度18m，设计值400kN，锁定值150kN。
西北侧、北侧距离建筑物有一定距离及红线内有一定放坡空间，且西侧有地下车库，无法施工锚索，DE、EF段采用放坡+悬臂桩支护。排桩桩顶标高-2.5 m，桩径0.8 m，桩间距1.2m，嵌固深度10.0m，桩顶设置2.0m宽平台，平台以上采用1：0.5 放坡，坡面设置一排土钉L=6.0m@1500mm，倾角15度。
南侧考虑施工坡道及距离主干道还较远，采用放坡+土钉墙支护。坡道两侧渐变坡高0.0-11.0m，采用1：0.5放坡，坡面设置L=6.0-12.0m长@1500mm，倾角15度土钉。
3.4 施工顺序
场地平整→开挖至-1.5m→周边土钉墙施工→围护桩、立柱桩施工→冠梁、内支撑施工→北区开挖至锚索作业面→锚索施工→南侧坡道开挖、土钉墙支护→开挖土方至基底→基础施工→浇筑底板及传力带→地下结构施工、基槽回填→浇筑传力带→拆除内支撑→回填土。
4 数值分析
利用有限元软件MIDAS对BC、GH段（放坡+桩撑）、FG段（放坡+桩锚）和DF段（放坡+悬臂桩）支护进行2D数值模拟，模型35m*90m，采用修正摩尔-库伦本构。
4.1 BC、GH段放坡+桩撑
经计算基坑开挖到底后，最大水平位移为11.14mm，最大沉降8.41mm，坑底最大隆起12.99mm，内支撑最大轴力1484.3kN，围护桩最大弯矩428.8KN*m，水平位移云图如图2所示。 4.2 FG段放坡+桩锚
经计算基坑开挖到底后，最大水平位移16.50mm，最大沉降8.69mm，坑底最大隆起13.71mm，锚索轴力480.3kN，围护桩最大弯矩325.4KN*m，水平位移云图如图3所示。
4.3 DF段放坡+悬臂桩
经计算基坑开挖到底后，最大水平位移46.97mm，最大沉降28.08mm，坑底最大隆起15.05mm，围护桩最大弯矩463.3KN*m，水平位移云圖如图3所示。
4.4模拟结果分析
根据现场变形监测数据，基坑支护结构变形、地面沉降、周边建筑物沉降以及支撑轴力、锚索轴力均小于设计报警值，放坡+桩撑最大位移为18.07mm，放坡+桩锚最大位移为28.01mm，放坡+悬臂桩最大位移为45.91mm，模拟结果与监测数据较为符合，主楼区开挖后效果如图5。
5 结语
根据监测结果，排桩 + 内撑支护结构的变形小于桩锚支护，桩锚支护变形小于悬臂桩支护，变形均小于设计报警值，确保了支护结构及周边环境的安全。
对于具有面积大、深度大、场地狭小、周边环境复杂等特征的基坑，采用土钉墙+悬臂桩+桩锚+内支撑多支护结构联合支护方案能够保护环境、经济合理、安全适用，具有较好的适用性，可为类似基坑的支护设计和施工提供参考。
参考文献
[1] 建筑基坑支护技术规程：JGJ120-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] 冯申铎，姜晓光，杨志银等.“桩（墙）-撑-锚”联合支护技术的工程应用与变形协调探讨[J].岩土工程学报， 2012，34（ s） ： 456-460.
[3] 尤银龙.土钉墙与桩锚联合支护结构参数敏感性分析[J]福建建筑，2020（02）：74-77.
[4] 张志强，郭院成，杜浩鸣等.复杂环境下基坑复合支护案例分析[J]长江科学院院报，2017（11）：101-106+111.
[5] 黄明辉，陈乐意，佘清雅等.桩锚-混凝土撑支护体系在异形深基坑中的应用[J].施工技术（增刊）.2017，46：381-385.
[6] 黄涛.联合支护体系在复杂深基坑工程中的应用[J].铁道建筑技术，2016（ 9） ： 105-108 +119.
[7] 俞海波，王红雨，王卫东，等.排桩与土钉墙联合支护基坑变形数值模拟[J].长江科学院院报，2017，34（3）：96-99+105.
关键词：深基坑;联合支护;数值模拟
0 引言
随着城市建设的快速发展，市区建设用地日趋紧缺，地下空间开发利用也更受青睐。与之相伴随的基坑支护工程，面对复杂的周边环境和地质条件，其支护结构形式向多样化、组合化方向快速发展，《建筑基坑支护技术规程》[1]也规定可在不同部位分别采用不同的支护形式。多工艺联合支护体系可发挥不同支护结构的优点，能够满足复杂工程条件的要求，近年来学者们对其进行了大量的研究和分析，并得出了很多有益的结论[2-4]。黄明辉等[5]南昌市万寿宫项目基坑为例，介绍了桩锚-止水帷幕组合结构在异形深基坑中的应用，取得较好效果;黄涛[6]以北京地铁某基坑为北京，研究分段开挖、樁撑和桩锚联合支护方法，保证了基坑和周边环境的安全;俞海波等[7]采用PLAXIS数值模拟了排桩与土钉墙联合支护结构基坑变形。不同地区不同项目地层和周边环境存在一定的差异，针对不同地区的深基坑联合支护进行应用分析是十分重要的。
本文以忻州市某深基坑为例，结合地质条件及周边环境，提出了以土钉墙+悬臂桩+桩锚+桩撑联合支护方案，进行了有限元数值模拟并对计算结果与监测变形结果对比分析。
1 工程概况
本项目位于忻州市，为两层地下车库及一栋8层主楼，东侧距离小区道路2m，距离10层办公大楼为9.5m，基础采用灰土垫层;西侧为住宅小区，距二层商铺6m，距11层住宅楼10.9m，距地下车库14m，基础采用灰土挤密桩;北侧距离5层住宅楼17m，基础采用天然地基;南侧紧邻市政主干道绿化带，距离道路21m。基坑呈长方形，长73m，宽45m，深9-11m，现自然地面标高约为794.0-796.0 m。周边环境如图1所示。
2 工程地质条件及水文地质条件
场地地形地形较为平坦，地基土沉积时代及成因类型为第四系全新统中、早期河流相冲、洪积成因（Q4al+pl）粉土。场地内分布的土层情况及主要力学参数指标如表1。勘察期间实测地下稳定水位位于自然地表下16.0m左右，稳定水位标高约为757.5m。
3 基坑支护方案设计
3.1项目特点
1）基础处于市区，周边建筑物重多，有高层建筑、低层住宅、小区道路、地下车库等，还有市区道路、绿化带，对变形控制要求高。
2）东侧基础距红线3.3m;西侧基础距离红线5.5m;北侧基础距离红线7.7m;南侧基础距离红线10m。去除肥槽及支护结构占用，东西两侧支护施工基本贴近红线，红线即旁边小区围墙，用地空间有限。
3）建筑物基础埋深深浅不同，基坑外地面标高高低不一，基坑外没有施工空间，只能内放坡坑底取土。
3.2 基坑安全等级
根据基坑开挖深度、地质条件及周边环境条件，确定BC、GH段基坑支护结构安全等级为一级，其它剖面为二级。
3.3支护方案选择
支挡式支护结构受力明确，计算方法和工程实践相对成熟，是目前应用较多也较为可靠的支护形式;土钉墙是一种经济、简便、施工速度快、不需大型机械并广泛应用的支护形式;放坡在深基坑支护中一般与其它支护结构形式结合使用。根据本工程项目特点及经济适用原则，采用了多支护结构联合支护体系，各剖面选择如下：
BC、GH段两侧为高层建筑，有地下室及小区道路，变形控制要求高，采用了顶部放坡+桩撑支护。排桩桩顶标高-1.5 m，桩径0.8 m，桩间距1.2m，嵌固深度9.0m，内支撑梁0.8*0.8m，桩顶以上采用1：0.5 放坡。
东侧FG段距离红线（围墙）较近，红线外为小区道路，控制变形要求高，采用了桩锚支护，内支撑两侧为了变形控制和过度，AB、CD、HI也采用了放坡+桩锚支护。排桩桩顶标高-1.5 m，桩径0.8 m，桩间距1.2m，嵌固深度9.0m，桩顶以上采用1：0.5 放坡，锚索设定标高为-4.0m，两桩一锚，间距2.4m，锚索长25m，锚固段长度18m，设计值400kN，锁定值150kN。
西北侧、北侧距离建筑物有一定距离及红线内有一定放坡空间，且西侧有地下车库，无法施工锚索，DE、EF段采用放坡+悬臂桩支护。排桩桩顶标高-2.5 m，桩径0.8 m，桩间距1.2m，嵌固深度10.0m，桩顶设置2.0m宽平台，平台以上采用1：0.5 放坡，坡面设置一排土钉L=6.0m@1500mm，倾角15度。
南侧考虑施工坡道及距离主干道还较远，采用放坡+土钉墙支护。坡道两侧渐变坡高0.0-11.0m，采用1：0.5放坡，坡面设置L=6.0-12.0m长@1500mm，倾角15度土钉。
3.4 施工顺序
场地平整→开挖至-1.5m→周边土钉墙施工→围护桩、立柱桩施工→冠梁、内支撑施工→北区开挖至锚索作业面→锚索施工→南侧坡道开挖、土钉墙支护→开挖土方至基底→基础施工→浇筑底板及传力带→地下结构施工、基槽回填→浇筑传力带→拆除内支撑→回填土。
4 数值分析
利用有限元软件MIDAS对BC、GH段（放坡+桩撑）、FG段（放坡+桩锚）和DF段（放坡+悬臂桩）支护进行2D数值模拟，模型35m*90m，采用修正摩尔-库伦本构。
4.1 BC、GH段放坡+桩撑
经计算基坑开挖到底后，最大水平位移为11.14mm，最大沉降8.41mm，坑底最大隆起12.99mm，内支撑最大轴力1484.3kN，围护桩最大弯矩428.8KN*m，水平位移云图如图2所示。 4.2 FG段放坡+桩锚
经计算基坑开挖到底后，最大水平位移16.50mm，最大沉降8.69mm，坑底最大隆起13.71mm，锚索轴力480.3kN，围护桩最大弯矩325.4KN*m，水平位移云图如图3所示。
4.3 DF段放坡+悬臂桩
经计算基坑开挖到底后，最大水平位移46.97mm，最大沉降28.08mm，坑底最大隆起15.05mm，围护桩最大弯矩463.3KN*m，水平位移云圖如图3所示。
4.4模拟结果分析
根据现场变形监测数据，基坑支护结构变形、地面沉降、周边建筑物沉降以及支撑轴力、锚索轴力均小于设计报警值，放坡+桩撑最大位移为18.07mm，放坡+桩锚最大位移为28.01mm，放坡+悬臂桩最大位移为45.91mm，模拟结果与监测数据较为符合，主楼区开挖后效果如图5。
5 结语
根据监测结果，排桩 + 内撑支护结构的变形小于桩锚支护，桩锚支护变形小于悬臂桩支护，变形均小于设计报警值，确保了支护结构及周边环境的安全。
对于具有面积大、深度大、场地狭小、周边环境复杂等特征的基坑，采用土钉墙+悬臂桩+桩锚+内支撑多支护结构联合支护方案能够保护环境、经济合理、安全适用，具有较好的适用性，可为类似基坑的支护设计和施工提供参考。
参考文献
[1] 建筑基坑支护技术规程：JGJ120-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] 冯申铎，姜晓光，杨志银等.“桩（墙）-撑-锚”联合支护技术的工程应用与变形协调探讨[J].岩土工程学报， 2012，34（ s） ： 456-460.
[3] 尤银龙.土钉墙与桩锚联合支护结构参数敏感性分析[J]福建建筑，2020（02）：74-77.
[4] 张志强，郭院成，杜浩鸣等.复杂环境下基坑复合支护案例分析[J]长江科学院院报，2017（11）：101-106+111.
[5] 黄明辉，陈乐意，佘清雅等.桩锚-混凝土撑支护体系在异形深基坑中的应用[J].施工技术（增刊）.2017，46：381-385.
[6] 黄涛.联合支护体系在复杂深基坑工程中的应用[J].铁道建筑技术，2016（ 9） ： 105-108 +119.
[7] 俞海波，王红雨，王卫东，等.排桩与土钉墙联合支护基坑变形数值模拟[J].长江科学院院报，2017，34（3）：96-99+105.