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摘要：通过成功的大型基坑支护工程实例的介绍，总结水泥搅拌桩和树根桩联合支护结构在软土地基深基坑支护中的应用，体现了以水泥搅拌和树根桩为主体的联合支护结构的重大经济优势，为软土地基深基坑支护提出更经济、安全的新型支护型式。文中通过天津某软土地区深基坑的工程实践，介绍了灌注桩+钢筋混凝土角撑+钢筋混凝土对撑的桩撑支护结构体系的设计计算方法等；计算结果与实测结果相符，设计安全合理；为软弱地基中长方形深基坑的支护设计及施工起到一定的借鉴作用。
关键词：桩撑结构；软土地基；深基坑
1、前言
随着城市经济的不断发展，与日俱增的汽车消费市场带动了地下停车场朝着大型、多层方向发展，建筑物基坑越来越深，规模越来越大，而开发商为了提高自己的竞争力，千方百计降低建筑成本，这给基坑支护技术提出了更高的要求，特别是对于地质条件复杂，工程地质特性差的深基坑支护，如何在保证安全的前提下，尽最大可能降低成本，具有挑战性。经过近年来的实践和摸索，水泥搅拌桩和树根桩联合支护在软土地基深基坑支护中有着重要的作用，以它们为主体所组成的联合支护结构在软土地基深基坑支护中具有很好的经济优势，其安全性在工程实践中已得到考验。
2、工程与地质概况
拟建工程项目是天津某研究院的一期工程。实验楼由塔楼、裙房及地下层组成，其中地下一层，地上塔楼十九层，裙房三层。塔楼又分为高板、低板和连接体三部分组成。高板19层，低板15层，连接体15层。地下建筑面积5223米，地上部分建筑面积50949米，建筑高度94米。其功能构成包括通用实验室、公用设备实验室及中庭休息区。
2.1人工填土层
主要为素填土，呈灰黄、灰色，主要由粉细砂、中砂组成，局部由粉土、粉质粘土组成，多呈松散状，顶部薄层杂填土，由建筑垃圾组成。N=119～718。
2.2海陆交互相沉积土层
本层从上而下可划分为粉砂夹淤泥、淤泥质土、粉质粘土、淤泥质土、粉砂夹淤泥、粉质粘土6个亚层。
粉砂夹淤泥亚层：呈灰～灰黑色，含少量贝壳，呈饱和、松散、分选差，夹流塑状淤泥，局部为纯粉砂。N=116～514。
淤泥质土层亚层：呈灰黑色、饱和、流塑、富含有机质、夹薄层粉砂，部分为淤泥夹粉砂或纯淤泥。N=017～314。
粉质粘土亚层：呈灰、灰黄色、可塑偏软、中砂粒。C=1187gPcm3，N=317～616。
淤泥质土层亚层：灰黑色、饱和、流塑、夹薄层粉砂。C=1167gPcm3，N=017～116。
粉砂夹淤泥亚层：呈灰黑色、饱和、松散、夹流塑状淤泥。N=117～515。
粉质粘土亚层：呈灰黄色-浅红色、可塑、状态变化大，上部软塑，粘性较好局部含中细砂粒。C=1192gPcm3，N=315～1117。
3、基坑设计及计算分析
3.1方案选优
基坑开挖主要涉及土层为流塑状淤泥和淤泥质土等，基坑支护必须保护周边建筑、周边道路及道路下各地下管线等，故变形必须控制严格；可供选用的基坑方案有：复合土钉墙、地下连续墙+内支撑、灌注桩+预应力锚索和灌注桩+内支撑等支护型式；对此四种方案做一比较：
方案一：地下连续墙+钢筋混凝土内支撑方案：采用地下连续墙+内支撑方案。具有造价高、工期长、施工工艺较复杂的特点，由于采用较多泥浆护壁不利于文明环境施工等缺点。
方案二：灌注桩+预应力锚索。缺点：因淤泥质土层较厚（最厚处有约18m厚）；对此方案进行计算表明灌注桩桩身弯矩较大，约2300～3000kNm，桩身配筋较多甚至超过最大配筋率，同时桩身和基坑变形较大；另考虑淤泥及淤泥质土地层中给预应力锚索提供的锚固力非常有限，锚索需要很长才能达到设计足够的抗拔力，势必增加造价和施工控制难度，且锚索相应提供的控制支护结构及邻近地面变形的作用较为有限；再者由于锚索的施工必须进入其他基坑的地下空间，对周边建筑影响较大。
方案三：灌注桩+钢筋混凝土内支撑。支撑结构控制变形能力比较好，有利于保证周边环境（主要是城市主干道及地下管线）的安全；然后支撑结构的存在对基坑土方开挖及地下室结构的施工存在一定影响。
方案四：复合土钉墙结构。优点：造价低廉，施工便捷；但复合土钉墙在淤泥土层中控制变形能力较差，不利周边建筑及道路地下管线的安全。因周边道路为城市主干道，变形要求严格，因此选用方案三，其支护结构为：护壁桩直径1200mm，间距1600mm；设置一道支撑梁，支撑梁截面尺寸为800*600mm。
3.2规范法计算
一、竖向剖面计算
采用同济启明星深基坑软件计算，模拟实际开挖工况；基坑开挖到底（最后的工况）时支护结构受力如图1、图2所示。
由上述比较可以看出，角撑位置弯矩相对较大而支撑轴力相对较小；对撑位置弯矩相对较小而支撑轴力相对较大，位移相对较大。
二、平面计算
因竖向剖面计算仅为一断面计算，具有片面性，无法了解整个基坑支撑结构的受力分布情况。为此需进行支撑结构平面受力分析，以了解不同位置支撑梁的受力情况。计算中将上述对撑及角撑竖向剖面计算的支撑反力加到支撑结构体系中的围檩上（角撑位置外围压力为530kNPm，对撑位置外围压力为592kNPm）；其中围檩将受到周边土弹簧的约束作用。
由上计算结果可知，支撑梁结构体系中对撑受到的轴力平均值比角撑大，最大对撑轴力约为5700kN，最大角撑轴力约为5780kN；支撑梁尺寸800*600mm，C30混凝土能满足抗压强度要求；四个角位置支撑梁轴力相对较小，主要是因为基坑阴角位置土体之间相互作用的原因，然而局部轴力较大为基坑局部形状不规则引起。
三、二维有限元计算 利用Z_SOIL二维有限元软件进行建模计算，其中护壁桩及支撑梁采用beam单元模拟，土层采用MO-HR_COL本构模型。在这其中角撑位置深厚淤泥质土变形模量经深度修正后平均值取为30MPa。
4、总结
基坑形状为长方形，比较适合采用四角撑+中间对撑的结构体系，能有效的解决软土深基坑变形大、桩身弯矩大、基底易隆起等不稳定等问题；南北两侧形成三角形状的2个空洞作为出土口，且仅设置了一道支撑，出土比较方便；因此支撑结构对土方开挖及地下室主体结构的施工影响则小很多。相比其他方案，造价经济合理，又能达到控制变形的效果，很好的保护了周边建筑、周边道路及道路下的地下管线等。
分别从规范法和有限元法，竖向断面计算和平面计算等多方面多角度进行对比计算分析，相辅相成，从而得出支护结构合理的受力状态；从计算结果和实际监测结果对比可知，四个角位置支撑梁轴力相对对撑
位置较小，主要是因为基坑阴角位置土体之间相互作用的原因，然而局部轴力较大为基坑局部形状不规则引起。
从计算结果和实际监测结果对比可知，支撑梁轴力计算结果与实际监测结构比较接近；桩身弯矩（或应力）则偏差较大，规范法计算结果相对保守，有限元法计算结果较小，实测结果更小；这样的受力情况符合实际桩撑结构体系的受力特点，即撑强桩弱的特点，护壁桩起着传递土压力的作用；支撑结构中，立柱也是重要部分；立柱桩不单单受到支撑梁的重量作用，同时施工过程中施工机械的碰撞及土方开挖产生的不平衡力作用较大，立柱设计中建议考虑210以上的安全系数。在理论计算仍然不成熟的情况下，基坑工程中桩撑结构设计仍应按照规范法进行设计，以保证基坑的安全。
随着城市的开发发展及地下空间利用界定规范化，场地可利用空间越来越少且地下空间将不可逾越；而采用灌注桩内支撑结构占用场地较少，同时不像锚杆（索）进入红线外空间，能有效地解决基坑东、西侧可利用场地很少的难题，特别是东侧位置临近多栋天然地基的旧建筑的情况，锚杆（索）的扰动影响较大；因此在现代城市建筑的基坑工程中桩撑支护结构具有很高的应用价值。
参考文献：
[1] JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].
[2] 黄强.护坡桩空间受力简化计算方法[J].建筑技术，1989，（6）：41-45.
[3] 龚晓南，等.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社出版，1998.
关键词：桩撑结构；软土地基；深基坑
1、前言
随着城市经济的不断发展，与日俱增的汽车消费市场带动了地下停车场朝着大型、多层方向发展，建筑物基坑越来越深，规模越来越大，而开发商为了提高自己的竞争力，千方百计降低建筑成本，这给基坑支护技术提出了更高的要求，特别是对于地质条件复杂，工程地质特性差的深基坑支护，如何在保证安全的前提下，尽最大可能降低成本，具有挑战性。经过近年来的实践和摸索，水泥搅拌桩和树根桩联合支护在软土地基深基坑支护中有着重要的作用，以它们为主体所组成的联合支护结构在软土地基深基坑支护中具有很好的经济优势，其安全性在工程实践中已得到考验。
2、工程与地质概况
拟建工程项目是天津某研究院的一期工程。实验楼由塔楼、裙房及地下层组成，其中地下一层，地上塔楼十九层，裙房三层。塔楼又分为高板、低板和连接体三部分组成。高板19层，低板15层，连接体15层。地下建筑面积5223米，地上部分建筑面积50949米，建筑高度94米。其功能构成包括通用实验室、公用设备实验室及中庭休息区。
2.1人工填土层
主要为素填土，呈灰黄、灰色，主要由粉细砂、中砂组成，局部由粉土、粉质粘土组成，多呈松散状，顶部薄层杂填土，由建筑垃圾组成。N=119～718。
2.2海陆交互相沉积土层
本层从上而下可划分为粉砂夹淤泥、淤泥质土、粉质粘土、淤泥质土、粉砂夹淤泥、粉质粘土6个亚层。
粉砂夹淤泥亚层：呈灰～灰黑色，含少量贝壳，呈饱和、松散、分选差，夹流塑状淤泥，局部为纯粉砂。N=116～514。
淤泥质土层亚层：呈灰黑色、饱和、流塑、富含有机质、夹薄层粉砂，部分为淤泥夹粉砂或纯淤泥。N=017～314。
粉质粘土亚层：呈灰、灰黄色、可塑偏软、中砂粒。C=1187gPcm3，N=317～616。
淤泥质土层亚层：灰黑色、饱和、流塑、夹薄层粉砂。C=1167gPcm3，N=017～116。
粉砂夹淤泥亚层：呈灰黑色、饱和、松散、夹流塑状淤泥。N=117～515。
粉质粘土亚层：呈灰黄色-浅红色、可塑、状态变化大，上部软塑，粘性较好局部含中细砂粒。C=1192gPcm3，N=315～1117。
3、基坑设计及计算分析
3.1方案选优
基坑开挖主要涉及土层为流塑状淤泥和淤泥质土等，基坑支护必须保护周边建筑、周边道路及道路下各地下管线等，故变形必须控制严格；可供选用的基坑方案有：复合土钉墙、地下连续墙+内支撑、灌注桩+预应力锚索和灌注桩+内支撑等支护型式；对此四种方案做一比较：
方案一：地下连续墙+钢筋混凝土内支撑方案：采用地下连续墙+内支撑方案。具有造价高、工期长、施工工艺较复杂的特点，由于采用较多泥浆护壁不利于文明环境施工等缺点。
方案二：灌注桩+预应力锚索。缺点：因淤泥质土层较厚（最厚处有约18m厚）；对此方案进行计算表明灌注桩桩身弯矩较大，约2300～3000kNm，桩身配筋较多甚至超过最大配筋率，同时桩身和基坑变形较大；另考虑淤泥及淤泥质土地层中给预应力锚索提供的锚固力非常有限，锚索需要很长才能达到设计足够的抗拔力，势必增加造价和施工控制难度，且锚索相应提供的控制支护结构及邻近地面变形的作用较为有限；再者由于锚索的施工必须进入其他基坑的地下空间，对周边建筑影响较大。
方案三：灌注桩+钢筋混凝土内支撑。支撑结构控制变形能力比较好，有利于保证周边环境（主要是城市主干道及地下管线）的安全；然后支撑结构的存在对基坑土方开挖及地下室结构的施工存在一定影响。
方案四：复合土钉墙结构。优点：造价低廉，施工便捷；但复合土钉墙在淤泥土层中控制变形能力较差，不利周边建筑及道路地下管线的安全。因周边道路为城市主干道，变形要求严格，因此选用方案三，其支护结构为：护壁桩直径1200mm，间距1600mm；设置一道支撑梁，支撑梁截面尺寸为800*600mm。
3.2规范法计算
一、竖向剖面计算
采用同济启明星深基坑软件计算，模拟实际开挖工况；基坑开挖到底（最后的工况）时支护结构受力如图1、图2所示。
由上述比较可以看出，角撑位置弯矩相对较大而支撑轴力相对较小；对撑位置弯矩相对较小而支撑轴力相对较大，位移相对较大。
二、平面计算
因竖向剖面计算仅为一断面计算，具有片面性，无法了解整个基坑支撑结构的受力分布情况。为此需进行支撑结构平面受力分析，以了解不同位置支撑梁的受力情况。计算中将上述对撑及角撑竖向剖面计算的支撑反力加到支撑结构体系中的围檩上（角撑位置外围压力为530kNPm，对撑位置外围压力为592kNPm）；其中围檩将受到周边土弹簧的约束作用。
由上计算结果可知，支撑梁结构体系中对撑受到的轴力平均值比角撑大，最大对撑轴力约为5700kN，最大角撑轴力约为5780kN；支撑梁尺寸800*600mm，C30混凝土能满足抗压强度要求；四个角位置支撑梁轴力相对较小，主要是因为基坑阴角位置土体之间相互作用的原因，然而局部轴力较大为基坑局部形状不规则引起。
三、二维有限元计算 利用Z_SOIL二维有限元软件进行建模计算，其中护壁桩及支撑梁采用beam单元模拟，土层采用MO-HR_COL本构模型。在这其中角撑位置深厚淤泥质土变形模量经深度修正后平均值取为30MPa。
4、总结
基坑形状为长方形，比较适合采用四角撑+中间对撑的结构体系，能有效的解决软土深基坑变形大、桩身弯矩大、基底易隆起等不稳定等问题；南北两侧形成三角形状的2个空洞作为出土口，且仅设置了一道支撑，出土比较方便；因此支撑结构对土方开挖及地下室主体结构的施工影响则小很多。相比其他方案，造价经济合理，又能达到控制变形的效果，很好的保护了周边建筑、周边道路及道路下的地下管线等。
分别从规范法和有限元法，竖向断面计算和平面计算等多方面多角度进行对比计算分析，相辅相成，从而得出支护结构合理的受力状态；从计算结果和实际监测结果对比可知，四个角位置支撑梁轴力相对对撑
位置较小，主要是因为基坑阴角位置土体之间相互作用的原因，然而局部轴力较大为基坑局部形状不规则引起。
从计算结果和实际监测结果对比可知，支撑梁轴力计算结果与实际监测结构比较接近；桩身弯矩（或应力）则偏差较大，规范法计算结果相对保守，有限元法计算结果较小，实测结果更小；这样的受力情况符合实际桩撑结构体系的受力特点，即撑强桩弱的特点，护壁桩起着传递土压力的作用；支撑结构中，立柱也是重要部分；立柱桩不单单受到支撑梁的重量作用，同时施工过程中施工机械的碰撞及土方开挖产生的不平衡力作用较大，立柱设计中建议考虑210以上的安全系数。在理论计算仍然不成熟的情况下，基坑工程中桩撑结构设计仍应按照规范法进行设计，以保证基坑的安全。
随着城市的开发发展及地下空间利用界定规范化，场地可利用空间越来越少且地下空间将不可逾越；而采用灌注桩内支撑结构占用场地较少，同时不像锚杆（索）进入红线外空间，能有效地解决基坑东、西侧可利用场地很少的难题，特别是东侧位置临近多栋天然地基的旧建筑的情况，锚杆（索）的扰动影响较大；因此在现代城市建筑的基坑工程中桩撑支护结构具有很高的应用价值。
参考文献：
[1] JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].
[2] 黄强.护坡桩空间受力简化计算方法[J].建筑技术，1989，（6）：41-45.
[3] 龚晓南，等.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社出版，1998.