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钢板桩加内支撑在软土深基坑中的应用在软土地区的深基坑工程中，钢板桩配合内支撑体系是一种常见的支护方式。这种组合利用了钢板桩的高刚性和良好的防渗性能，以及内支撑对侧向土压力的有效控制，共同确保基坑的安全稳定施工。
一、应用背景
软土地质条件下，由于土体承载力低、压缩性大且透水性差等特点，传统的支护措施难以满足工程要求。而钢板桩与内支撑体系的应用能有效克服这些问题，确保深基坑开挖过程中的结构安全和施工进度。
nb／t 10685-2021标准下载二、技术原理
1.钢板桩作用：通过在基坑边缘打设连续的钢板桩形成挡土墙，利用其对土体产生的被动土压力来抵抗基坑外侧的压力。同时，钢板桩自身的刚度能够有效防止由于土体流动引起的地面沉降。
2.内支撑体系：在钢板桩内部安装一系列水平或垂直布置的支撑结构（如拉锚、撑杆等），用以平衡因开挖引起的被动土压力变化，减小围护结构的侧向位移和变形。内支撑通常采用高强度材料制成，通过调整其预应力来确保基坑周边稳定。
三、优势与特点
安全性高：能有效控制基坑边缘的沉降及水平位移，减少对周围环境的影响。
适应性强：适用于不同深度和地质条件下的深基坑工程。
施工便捷快速：钢板桩易于安装拆除，并可重复使用。
综上所述，在软土地区实施深基坑工程时采用钢板桩加内支撑体系是一种有效且可靠的方法，能够在保障工程质量的同时提高项目的经济效益。
钢板桩由于材料可回收（可多次摊销使用）。在具备施工机械的条件下，可加快施工速度，降低工程造价。在国内地下管道铺设明挖工程、基础工程、岸壁码头、船坞工程中得到了广泛使用[1]。但由于钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，因此一般认为在基坑深度达7m以上的软土地层，基坑不宜采用钢板桩支护[2]，故目前国内超过7m以上的深基坑支护很少见到应用钢板桩的案例。
中山市阜沙镇污水处理厂有限公司拟建厂区场地所处中山市阜沙镇丰联管理区，地形平坦，周边开阔，拟建拟新建5万吨每天污水处理厂一栋，本次为首期工程。
基坑东、北两侧为开阔地，拟建氧化沟和细格栅池，为基坑施工方便，氧化沟和细格栅池计划在格栅池及提升泵站基坑回填后再施工，因此对本基坑施工无影响。
基坑西侧为一鱼塘，鱼塘水面积在1000m2以上，鱼塘距主体结构边最近不足8m，鱼塘水深约2.0m。基坑南侧为一河道，河水距离主体结构边最近不足12m，河道水深约1.8m，长年通船。两侧水体对基坑开挖影响较大，对防渗、基坑变形稳定要求非常严格。基坑周边情况详见图1。
工程地质与水文地质条件
根据场地勘察资料，场地内埋藏地层自上而下为：
（1）素填土：灰褐色，由粉细砂夹少量粘性土堆填而成，松散，饱和。场地内均有分布，厚度1.7～1.9m。
（2）淤泥：灰黑色，灰褐色，饱和，流塑状，土质较均匀，夹薄层粉砂，含大量腐植质。场地内均有分布，厚度1.5～2.1m。
（3）细砂：灰褐色，饱和，松散状，石英质，级配较好，局部夹薄层淤泥质土及粉砂。场地内均有分布，厚度2.7～5.5m。
（4）贝壳层：灰白色，饱和，松散状，局部夹薄层淤泥质土及粉砂，层厚较大，基坑底板位于该层内。场地内均有分布，厚度7.0～9.4m。
（5）淤泥质土：灰黑色，灰褐色，饱和，流塑状，土质较均匀，夹薄层粉砂，含大量腐植质，层厚较大。场地内均有分布，厚度18.8m。埋深较大，位于基坑开挖底板以下5m左右。
（6）圆砾：饱和，中密～密实状，埋深大，对基坑开挖已无影响。
场地地下水类型主要为孔隙水。靠大气降水和地表水补给，水位埋深浅（约0.4m），细砂、贝壳层为强透水的强富水地层。
图1 泵站结构底板及周边情况分布图
分析基坑地质条件，开挖深度范围内地层均为软弱地层，周边受水体限制，，无大开挖条件，对基坑侧壁变形要求非常严格。细砂和贝壳层与周边水体连通，接受周边水体的补给，且周边水体水量充沛，可视为定水头边界，要求基坑必须采取严格的截排水措施。
当地对于同类型泵站修建，多采用沉井法施工，若设计明挖施工，基坑则多采用排桩（钻孔灌注桩）加多道钢筋砼内支撑方式。造价高，施工周期较长。
由于整个工程工期要求非常紧张，本泵站给定的基坑支护施工到回填的时间仅有三个月工期，排桩（钻孔灌注桩）加多道钢筋砼支撑的方案显然无法满足工期要求。有同行单位推出水泥土拱圈支护方案，由于场地周边距离不足，拱圈无法实施，且造价过高，未得到采用。
钢板桩加内支撑方案由于缺乏在如此深的软土基坑的使用经验，在专家评审论证阶段，也有不少专家提出明确的发对意见。但由于实在是无法提出更为经济合理可行的方案，通过反复比选，最终还是选用了我方提出的钢板桩加钢支撑支护方案。
本基坑支护设计总体思路为：
（1）基坑设计选定选用能搭接咬合封闭的U型钢板桩作基坑侧向支护，同时可兼做挡水作用。施工速度快，材料可回收，造价显著较钢筋砼排桩降低。
（2）基坑均为软土，无拉锚条件，但基坑尺寸较为方正，面积不大，有利于架设内支撑。选用钢管内支撑及型钢围檩，可充分与钢板桩配合，方便架设和拆卸，有利于缩短工期。
（3）基坑侧壁采用双排深层搅拌桩作止水帷幕，帷幕深度按进入弱透水层深度不小于1.5m设计，帷幕挡土作为安全储备，不参与设计计算。
（4）由于基坑开挖深度较大，钢板桩目前定长多为12m，因此为保证钢板桩嵌入土体深度，基坑上部放坡至3.50m深度，放坡段采用土钉墙支护，其外围增设一排深层搅拌桩止水帷幕。
（5）为防止基坑底部土体隆起破坏和因过大水平位移对基础桩造成推挤，基坑底部采用深层搅拌桩进行加固处理。
支撑平面布置如图2所示，支护结构典型剖面图如图3所示。
图2 支撑平面布置示意图
图3 支护结构剖面示意图
设计计算分析中的几个问题
因条件限制，基坑仍简化为平面问题进行计算，钢板桩外侧搅拌桩止水帷幕挡土作用及上部放坡段土钉支护不参与下部钢板桩+内支撑稳定性计算，作为安全储备。
采用理正基坑软件，按表1计算参数，计算得支护结构内力及位移简图如图4所示。
图4 支护结构内力及水平位移简图
（2）支护体系结构验算
根据求得的钢板桩截面最大弯矩，用式（1）进行钢板桩截面抗弯计算。
f= Mmax /W （1）
钢管压杆稳定利用欧拉公式计算。计算公式如式（2）
（2）
μ——长度系数，按两端铰支考虑，取1.0；
EI——压杆抗弯刚度，E是材料的弹性模量，I是压杆失稳而弯曲时，横截面对中性轴惯性矩，对Φ426×15钢管为85995.16kN.m2；
Pc r——压杆的临界力(kN)
最大支撑轴力值：Nmax=1541.20kN(经典法支点反力，底层支撑处)，因角撑有一定角度(45度)，作用于角撑上理论值为Nmax=1541.2×cos450=2179.50kN。
角撑长度l=7.50m，对撑长度l=16.60m，计算出压杆的临界力Pc r分别为15088.68kN和3080.05kN，满足系数分别为6.92和2.04。
将围檩视为连续梁，平均净跨度按5.5m计算。
底层支撑轴力最大：N =1541.20kN，折算为围檩上的每米均布荷载Q= N /5.5 =308.26kN
按3跨计算，求得最大弯矩为Mmax =847.7kN.m
HW400×400×13×21钢截面模量W = 3400cm3/m
则 f= Mmax /W = 253.8Mpa，Q345钢满足。
角撑有水平分力作用于围檩上，该部分围檩属于压弯构件，需进行压弯验算
角撑部位压弯强度验算公式为式（3）
（2）
——支撑轴力，=1541.20kN
——围檩截面面积，对于HW400×400×13×21钢，=219.5cm2
M——偏心弯矩，M=847.7kN.m
——截面塑性发展系数，取1.0
选用H钢牌号Q345，并采用加焊间距500的加劲板进一步加固围檩，以提高安全度。同时围檩与钢板桩之间空隙全部用C20混凝土填实，以受力均匀，可满足要求。
基坑先施工深层搅拌桩帷幕和坑底地基土加固07.粉土区域无支护坑中坑土方开挖技术创新，再进行放坡段分层开挖和支护，然后在放坡平台位置打设钢板桩，随即开挖基坑和架设支撑。
开挖到底后，结构底板浇筑时，素砼充填到钢板桩，充填前需对钢板桩作便于拔桩的保护措施。底板浇筑后，结构浇筑到支撑下部0.5m处，待结构强度达到80%以上，结构外墙与基坑壁之间回填石粉碴，即可拆除相应位置支撑。
基坑与2008年7月正式施工，深层搅拌桩帷幕及坑内加固用了20天，放坡段开挖与支护用了5天，钢板桩打设时间5天，其后基坑开挖、两道支撑架设直至基坑开挖到底用时为10天时间，从而基坑从开工到开挖到底总工期仅40天。若采用钻孔灌注桩加钢筋砼内支撑方案，考虑到支护结构养护等原因，对应工期不会少于60天，因此采用钢板桩支护方案，工期节省非常显著。
整个基坑施工过程非常顺利，因为支撑间距设置较为合理，对基坑土方开挖和结构外墙浇注的影响也非常小。基坑施工过程中，由于打设钢板桩过程中振动影响，止水帷幕部分地段有少量渗漏现象，由于钢板桩咬合不严，钢板桩实际挡水作用很低，为防止渗漏加剧，及时采用了堵漏剂加水泥砂浆进行了封堵，封堵效果较为理想。基坑开挖到底后发现，深层搅拌桩加固坑底对基础桩的保护效果很好，基础桩垂直度、偏移和桩身质量均未受到不利影响。
开挖过程中，在基坑顶部设置了坑顶位移、沉降监测点，监测结果表明，基坑变形均在规范允许范围值内。目前结构已经出地面，基坑支撑已经拆除并回填，钢板桩也已拔除。基坑支护工作已成功顺利完成。
通过本次钢板桩加内支撑方案在软土地区近12m深基坑中的成功应用。说明了只要合理布设支撑，钢板桩完全可以应用于深度大于10m的基坑支护。特别是对于面积不大大师手笔经典楼书文案，有利于支撑设置，有钢板桩施打和拔除条件的情况下，完全可以胜任。