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【摘 要】基坑支护工程是一个系统工程，涵盖了岩土工程中的承载力和变形两大问题，有时也包含地下水的问题。随着城市建设的快速发展，深大基坑工程不能仅仅局限于单一的支护结构，而应较多的应用复合支护结构，即通过多个支护结构的不断优化和组合，最终达到安全可靠、经济合理、方案可行的目的。本文以山东东营某电厂基坑工程为例，介绍了“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土内支撑”复合支护结构的成功应用，对该地区今后类似工程设计和施工提供了借鉴，具有重要的现实意义和实用价值。
【关键词】复合；支护结构；基坑支护；内支撑；应用
Application of composite support structure in excavation
Xie Kong-jin,Wang Xia
(Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250101)
【Abstract】Excavation is a systematic project,It covers geotechnical bearing capacity and deformation in the two major problems,and sometimes also includes groundwater issues.With the rapid development of urban construction,deep excavation can not be confined to a single support structure,but should be applied more complex support structure,that is,through multiple support structure and composition of the continuous optimization,and ultimately achieve security reliable,economical,feasible objectives.In this paper,an excavation projects of a power plant in Dongying,Shandong,for instance,it introduces the "soil nailing wall and piles in row and reinforced concrete support"composite support structure of the successful application,it provides a reference to the similar projects in the region in the future design and construction,and has an important practical significance and practical value.
【Key words】Composite;Support structure;Excavation;Internal support;Application
随着我国城市建设的快速发展，高楼大厦拔地而起，高层和超高层建筑屡见不鲜，城镇土地可谓是寸土寸金，为了满足建筑抗震和停车位的需要，建（构）筑物的地下基坑工程的深度也不断增加，这就为基坑支护技术的发展和应用提供了平台。基坑工程是一个系统工程，它不但涵盖了岩土工程中的承载力和变形两大问题，而且有时也包含地下水的问题。随着基坑支护技术的不断发展和应用，基坑支护方法越来越多，由于人的法律意识不断增强，支护结构延伸到建筑红线外的情况将会受到限制，传统的土钉和锚杆也将越来越多的被内支撑技术代替。对于一个深大基坑工程而言，不能仅仅局限于单一的支护结构，而应较多的应用复合支护结构，即通过多个支护结构的不断优化和组合，最终达到安全可靠、经济合理、方案可行的目的。
图1 基坑平面图
1. 工程概况
东营某电厂位于东营市开发区，距东营市东城区20公里，东距海防大堤7公里。通过招投标，我公司负责该电厂汽车卸煤沟、T1转运站、C-2输煤地道和通风口的基坑支护设计与施工工作。卸煤沟基坑深度11.55m；T1转运站基坑深度17.45m；输煤地道基坑深度0.00 ～11.55m；通风口基坑深度6.60m（详见下图１）。由于本场地已进行过强夯处理，为减少土方开挖量和减轻基坑开挖对周边环境的影响，根据建设单位要求，本基坑工程确定采用近似垂直开挖方式。卸煤沟、T1转运站基坑安全等级为一级，其余部分按二级考虑。
2. 周边环境条件
该基坑周长约467m，面积约4570m2。基坑底边线距离北侧场区拟建道路约34.6m，距离东侧在建建筑约49.4m，距离东侧拟建煤堆场约28.8m，距离西侧在建循环水系统约44.9m，基坑南侧较空旷（基坑周边环境条件见图2）。
3. 岩土工程条件
3.1 地形地貌。场地地形平坦，地貌单元为黄河三角洲冲积平原，场地距离黄河入海口不到10Km，据访问，地层形成时间不到100年，土的物理力学性质较差。
3.2 地层结构。基坑开挖范围内地层主要为第四系新近堆积的粉土、粘性土组成，粘性土一般为软塑～流塑状态，粉土一般为松散～稍密，土的物理力学性质相对较差。根据勘察资料，结合当地建筑经验，基坑支护主要地层参数如下表1。
3.3 地下水。该场地地下水属第四系孔隙潜水，水位变化主要受大气降水的影响，排泄主要以蒸发为主，地下水位埋深1.60～3.20m。渗透系数勘察资料未能提供，主要参考地区经验取值，降水井深度范围内土层综合渗透系数取1.0m/d。
4. 基坑支护设计
4.1 工程特点。
（1）基坑整体呈“L”形，深度较大（最深处位于T1转运站17.45m），多为11.55m，基坑总长度约211.00m，但宽度一般为12.00～14.60m，宽度相对较小。
（2）场地地层主要为新近堆积的第四系地层，形成时间较短，地层的物理力学性质较差，传统的土钉和锚杆容易产生塌孔和缩颈，对基坑支护不利。
（3）场地位于开发区，附近没有成功的基坑支护设计和施工经验。
（4）该场地已进行过强夯处理，场地附近有多处建筑物正在施工，根据建设单位要求，为了减少土方开挖工作量，考虑到基坑开挖对周边环境的影响，最终确定采用垂直开挖。
图3 T1转运站桩位布置图
图4 T1转运站第一道支撑平面
图5 T1转运站第二道支撑平面面
4.2 设计思路。
结合以上特点，在满足建设单位要求的情况下，本着经济合理、安全可靠、方案可行的思路，在充分分析本工程周边环境条件、基坑形状和开挖深度以及地层情况的基础上，经多方案比较，确定采用的概念性方案为：T1转运站地段采用“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土支撑+高压旋喷止水帷幕”；卸煤沟及输煤地道挖深7.0～11.55m地段采用“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土支撑”；其余地段采用土钉墙支护，土钉施工采用冲击置入钢管注浆法。
4.3 支护方案。
根据建筑物的形状和基坑深度不同，将整个基坑分为4个部分：T1转运站、卸煤沟、输煤地道和出风口共4个部分，合计9个支护单元，主要支护方案分述如下：
（1）T1转运站。
该部位基坑深度17.45m，近似正方形，采用：顶部3m按1:0.5放坡，施工1道土钉，下部采用“支护桩+钢筋混凝土内支撑”，支护桩直径分别为800mm和1000mm，桩间距1200mm，有效桩长23.20m，采用3道钢筋混凝土支撑，主要参数详见图3～图7。
（2）卸煤沟。该部位基坑深度11.55m，近似长方形，采用：顶部6.6m按1:0.4放坡，施工4道土钉，下部采用“支护桩+钢筋混凝土内支撑”，支护桩直径为800mm，桩间距1200mm，有效桩长分别为9.00m、14.00m和18.30m，采用1～２道钢筋混凝土支撑，主要参数详见图8～图10。
图6 T1转运站第三道支撑平面
图7 T1转运站支护桩和支撑立面
图8 卸煤沟第一道支撑平面
（3）输煤地道。该部位基坑深度0.00～11.55m，近似长方形，0.00～8.20m的基坑按1:0.5放坡，施工0～4道土钉，8.20～11.55m的基坑采用“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土内支撑”方案，顶部3.00m按1:0.5放坡，施工1道土钉，支护桩直径为800mm，桩间距1200mm，有效桩长分别为18.30m，采用1道钢筋混凝土支撑，主要参数详见图11。
（4）通风口。该部位基坑深度6.50m，形状不规则，采用1:0.5放坡，施工3道土钉，主要参数详见图12。
5. 基坑工程监测
5.1 监测内容。根据规范和设计方案要求，本基坑工程进行的监测项目主要有：桩顶的垂直与水平位移；桩身的变形——测斜；临近地面的沉降；坑内外地下水位；支撑轴力；立柱的水平及垂直位移；坑外地表土体位移等。
图9 卸煤沟第二道支撑平面
图10 卸煤沟支护桩和支撑立面
图11 输煤地道支撑及放坡平面
图12 通风口平面及结构图
5.2 监测点布置。监测点根据设计进行布设。每次观测后，及时汇总各监测点变化情况，并绘制成表格，每周绘制一次各点变化图，分析产生变化的原因，随时掌握和控制工程进展情况，及时采取切实可行的应急措施。每次观测时，措施如下：
（1）采用相同的观测线路和观测方法。
（2）使用同一仪器和设备。
（3）固定观测人员。
（4）在基本相同的环境和条件下工作。
（5）当超出设计的检测报警值时，及时通知设计人员并增加观测密度。
5.3 监测结果。根据基坑变形监测结果，地面沉降最大值12mm（设计报警值40mm），桩的水平位移最大值19.8mm（设计报警值50mm），桩顶位移最大值18mm（设计报警值30mm），土体最大位移14.3mm（设计报警值30mm），均满足设计要求。在基坑施工和土建施工期间，基坑侧壁安全稳定，各项监测指标均控制在设计要求范围之内，基坑周围建筑物未受到因基坑开挖和降水引起的不均匀沉降，基坑支护结构安全稳定（图13基坑工程监测）。
6. 结语
（1）本基坑支护工程采用复合支护结构，基坑侧壁安全稳定，基坑开挖和降水未对周围建筑物产生不良影响，地面变形、桩顶位移、支撑轴力等各项指标均在设计控制范围之内，完全达到设计要求，效果良好。
（2）本工程位于东营黄河三角洲新近沉积地层，基坑深度近18米，为东营地区特别是东营滨海地区最深基坑，本基坑支护工程的成功经验对今后该地区类似基坑工程具有一定的参考作用和借鉴意义（图14完成的基坑工程部分）。
参考文献
［1］ 建筑基坑支护技术规程. JGJ120-99.中华人民共和国行业标准， 1999，9.
［2］ 建筑基坑工程监测技术规范. GB50497-2009.中华人民共和国国家标准， 2009，9.
［3］ 复合土钉墙施工及验收规范. DBJ14-047-2007.山东省工程建设标准， 2007，6.
［4］ 谢孔金，王霞.深基坑支护设计方案优化.施工技术，2011增刊.
［文章编号］1006-7619（2011）11-14-145
［作者简介］ 谢孔金（1974-），男，学历：硕士，职称：高级工程师，国家注册土木工程师（岩土），国家注册监理工程师，国家注册安全工程师，国家注册建造师，山东正元建设工程有限责任公司岩土工程处总工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工与检测工作。
【关键词】复合；支护结构；基坑支护；内支撑；应用
Application of composite support structure in excavation
Xie Kong-jin,Wang Xia
(Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250101)
【Abstract】Excavation is a systematic project,It covers geotechnical bearing capacity and deformation in the two major problems,and sometimes also includes groundwater issues.With the rapid development of urban construction,deep excavation can not be confined to a single support structure,but should be applied more complex support structure,that is,through multiple support structure and composition of the continuous optimization,and ultimately achieve security reliable,economical,feasible objectives.In this paper,an excavation projects of a power plant in Dongying,Shandong,for instance,it introduces the "soil nailing wall and piles in row and reinforced concrete support"composite support structure of the successful application,it provides a reference to the similar projects in the region in the future design and construction,and has an important practical significance and practical value.
【Key words】Composite;Support structure;Excavation;Internal support;Application
随着我国城市建设的快速发展，高楼大厦拔地而起，高层和超高层建筑屡见不鲜，城镇土地可谓是寸土寸金，为了满足建筑抗震和停车位的需要，建（构）筑物的地下基坑工程的深度也不断增加，这就为基坑支护技术的发展和应用提供了平台。基坑工程是一个系统工程，它不但涵盖了岩土工程中的承载力和变形两大问题，而且有时也包含地下水的问题。随着基坑支护技术的不断发展和应用，基坑支护方法越来越多，由于人的法律意识不断增强，支护结构延伸到建筑红线外的情况将会受到限制，传统的土钉和锚杆也将越来越多的被内支撑技术代替。对于一个深大基坑工程而言，不能仅仅局限于单一的支护结构，而应较多的应用复合支护结构，即通过多个支护结构的不断优化和组合，最终达到安全可靠、经济合理、方案可行的目的。
图1 基坑平面图
1. 工程概况
东营某电厂位于东营市开发区，距东营市东城区20公里，东距海防大堤7公里。通过招投标，我公司负责该电厂汽车卸煤沟、T1转运站、C-2输煤地道和通风口的基坑支护设计与施工工作。卸煤沟基坑深度11.55m；T1转运站基坑深度17.45m；输煤地道基坑深度0.00 ～11.55m；通风口基坑深度6.60m（详见下图１）。由于本场地已进行过强夯处理，为减少土方开挖量和减轻基坑开挖对周边环境的影响，根据建设单位要求，本基坑工程确定采用近似垂直开挖方式。卸煤沟、T1转运站基坑安全等级为一级，其余部分按二级考虑。
2. 周边环境条件
该基坑周长约467m，面积约4570m2。基坑底边线距离北侧场区拟建道路约34.6m，距离东侧在建建筑约49.4m，距离东侧拟建煤堆场约28.8m，距离西侧在建循环水系统约44.9m，基坑南侧较空旷（基坑周边环境条件见图2）。
3. 岩土工程条件
3.1 地形地貌。场地地形平坦，地貌单元为黄河三角洲冲积平原，场地距离黄河入海口不到10Km，据访问，地层形成时间不到100年，土的物理力学性质较差。
3.2 地层结构。基坑开挖范围内地层主要为第四系新近堆积的粉土、粘性土组成，粘性土一般为软塑～流塑状态，粉土一般为松散～稍密，土的物理力学性质相对较差。根据勘察资料，结合当地建筑经验，基坑支护主要地层参数如下表1。
3.3 地下水。该场地地下水属第四系孔隙潜水，水位变化主要受大气降水的影响，排泄主要以蒸发为主，地下水位埋深1.60～3.20m。渗透系数勘察资料未能提供，主要参考地区经验取值，降水井深度范围内土层综合渗透系数取1.0m/d。
4. 基坑支护设计
4.1 工程特点。
（1）基坑整体呈“L”形，深度较大（最深处位于T1转运站17.45m），多为11.55m，基坑总长度约211.00m，但宽度一般为12.00～14.60m，宽度相对较小。
（2）场地地层主要为新近堆积的第四系地层，形成时间较短，地层的物理力学性质较差，传统的土钉和锚杆容易产生塌孔和缩颈，对基坑支护不利。
（3）场地位于开发区，附近没有成功的基坑支护设计和施工经验。
（4）该场地已进行过强夯处理，场地附近有多处建筑物正在施工，根据建设单位要求，为了减少土方开挖工作量，考虑到基坑开挖对周边环境的影响，最终确定采用垂直开挖。
图3 T1转运站桩位布置图
图4 T1转运站第一道支撑平面
图5 T1转运站第二道支撑平面面
4.2 设计思路。
结合以上特点，在满足建设单位要求的情况下，本着经济合理、安全可靠、方案可行的思路，在充分分析本工程周边环境条件、基坑形状和开挖深度以及地层情况的基础上，经多方案比较，确定采用的概念性方案为：T1转运站地段采用“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土支撑+高压旋喷止水帷幕”；卸煤沟及输煤地道挖深7.0～11.55m地段采用“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土支撑”；其余地段采用土钉墙支护，土钉施工采用冲击置入钢管注浆法。
4.3 支护方案。
根据建筑物的形状和基坑深度不同，将整个基坑分为4个部分：T1转运站、卸煤沟、输煤地道和出风口共4个部分，合计9个支护单元，主要支护方案分述如下：
（1）T1转运站。
该部位基坑深度17.45m，近似正方形，采用：顶部3m按1:0.5放坡，施工1道土钉，下部采用“支护桩+钢筋混凝土内支撑”，支护桩直径分别为800mm和1000mm，桩间距1200mm，有效桩长23.20m，采用3道钢筋混凝土支撑，主要参数详见图3～图7。
（2）卸煤沟。该部位基坑深度11.55m，近似长方形，采用：顶部6.6m按1:0.4放坡，施工4道土钉，下部采用“支护桩+钢筋混凝土内支撑”，支护桩直径为800mm，桩间距1200mm，有效桩长分别为9.00m、14.00m和18.30m，采用1～２道钢筋混凝土支撑，主要参数详见图8～图10。
图6 T1转运站第三道支撑平面
图7 T1转运站支护桩和支撑立面
图8 卸煤沟第一道支撑平面
（3）输煤地道。该部位基坑深度0.00～11.55m，近似长方形，0.00～8.20m的基坑按1:0.5放坡，施工0～4道土钉，8.20～11.55m的基坑采用“土钉墙+支护桩+钢筋混凝土内支撑”方案，顶部3.00m按1:0.5放坡，施工1道土钉，支护桩直径为800mm，桩间距1200mm，有效桩长分别为18.30m，采用1道钢筋混凝土支撑，主要参数详见图11。
（4）通风口。该部位基坑深度6.50m，形状不规则，采用1:0.5放坡，施工3道土钉，主要参数详见图12。
5. 基坑工程监测
5.1 监测内容。根据规范和设计方案要求，本基坑工程进行的监测项目主要有：桩顶的垂直与水平位移；桩身的变形——测斜；临近地面的沉降；坑内外地下水位；支撑轴力；立柱的水平及垂直位移；坑外地表土体位移等。
图9 卸煤沟第二道支撑平面
图10 卸煤沟支护桩和支撑立面
图11 输煤地道支撑及放坡平面
图12 通风口平面及结构图
5.2 监测点布置。监测点根据设计进行布设。每次观测后，及时汇总各监测点变化情况，并绘制成表格，每周绘制一次各点变化图，分析产生变化的原因，随时掌握和控制工程进展情况，及时采取切实可行的应急措施。每次观测时，措施如下：
（1）采用相同的观测线路和观测方法。
（2）使用同一仪器和设备。
（3）固定观测人员。
（4）在基本相同的环境和条件下工作。
（5）当超出设计的检测报警值时，及时通知设计人员并增加观测密度。
5.3 监测结果。根据基坑变形监测结果，地面沉降最大值12mm（设计报警值40mm），桩的水平位移最大值19.8mm（设计报警值50mm），桩顶位移最大值18mm（设计报警值30mm），土体最大位移14.3mm（设计报警值30mm），均满足设计要求。在基坑施工和土建施工期间，基坑侧壁安全稳定，各项监测指标均控制在设计要求范围之内，基坑周围建筑物未受到因基坑开挖和降水引起的不均匀沉降，基坑支护结构安全稳定（图13基坑工程监测）。
6. 结语
（1）本基坑支护工程采用复合支护结构，基坑侧壁安全稳定，基坑开挖和降水未对周围建筑物产生不良影响，地面变形、桩顶位移、支撑轴力等各项指标均在设计控制范围之内，完全达到设计要求，效果良好。
（2）本工程位于东营黄河三角洲新近沉积地层，基坑深度近18米，为东营地区特别是东营滨海地区最深基坑，本基坑支护工程的成功经验对今后该地区类似基坑工程具有一定的参考作用和借鉴意义（图14完成的基坑工程部分）。
参考文献
［1］ 建筑基坑支护技术规程. JGJ120-99.中华人民共和国行业标准， 1999，9.
［2］ 建筑基坑工程监测技术规范. GB50497-2009.中华人民共和国国家标准， 2009，9.
［3］ 复合土钉墙施工及验收规范. DBJ14-047-2007.山东省工程建设标准， 2007，6.
［4］ 谢孔金，王霞.深基坑支护设计方案优化.施工技术，2011增刊.
［文章编号］1006-7619（2011）11-14-145
［作者简介］ 谢孔金（1974-），男，学历：硕士，职称：高级工程师，国家注册土木工程师（岩土），国家注册监理工程师，国家注册安全工程师，国家注册建造师，山东正元建设工程有限责任公司岩土工程处总工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工与检测工作。