随着我国经济的快速发展，钢板桩支护作为一种快捷、高效、环保的建筑工法得以认可并发展，但其相较混凝土支护体系，有着刚度较小，抗弯能力弱的缺点，尤其是在软弱土层，基坑开挖后变形较大，特别是当支撑拆除后，支护结构处于悬臂状态下，过大的变形极易引发工程事故，故采用换撑技术，通过传力构件将应力进行转移再分配，可有效保证工程后续正常施工^[1-2]。本文以东莞市某软弱场地为例，对换撑技术控制水平位移方面进行分析，为类似基坑设计提供参考。

基坑范围顶部土层主要为素填土、中砂，土层相对淤泥较好，且周边场地较为开阔，故顶部采用造价低、施工快的放坡方案。下部土层主要为淤泥及淤泥质砂，防水止淤、防流沙为重点，故下部采用水密性好、能自然防渗的拉森钢板桩支护^[4]。坑底处于淤泥及淤泥质砂层，为更好控制变形，提高抗倾覆稳定性，保障土反力满足要求，采用水泥土搅拌桩进行坑内加固，使其硬化固结，提高坑底软弱土体强度。因此，综合分析本基坑工程地质、水文条件、周边环境、施工等因素，最终确定放坡+钢板桩+钢管支撑+坑内加固土的支护方案，基坑典型剖面如图3所示（BC区段）。

图2 基坑施工图Fig.2 Construction drawing of foundation Pit

放坡：坡高2.0 m，坡率1：1.50，为增加放坡整体稳定性，剖面方向距离坡脚0.50 m、2.50 m处设置2排竖直钢管，钢管直径48 mm，壁厚3.5 mm，长3.0 m，纵向间距1.0 m。

钢板桩：采用HRSP-U-2700拉森钢板桩^[5]，每延米下，截面面积225.5 cm²，惯性矩56 700 cm⁴，截面模量2700 cm³。

图3 基坑典型剖面Fig.3 Typical section of foundation pit

支撑体系：采用直径630 mm，壁厚12 mm无缝钢管支撑；400×400×20×20双拼H型钢围檩。坑深7.600 m和6.500 m范围，采用2道支撑，第一道支撑轴线标高为0.500 m，第二道支撑轴线标高为-1.500 m；其他范围采用1道支撑，支撑轴线标高0.500 m。

坑内加固土：采用直径550 mm，间距400 mm，搭接150 mm的水泥土搅拌桩，格栅式布置，加固深度6.0 m，宽度4.15 m，沿基坑周长方向布置，加固土平面图如图4所示。

图4 加固土平面图Fig.4 Plan of reinforced soil

通过对有无坑内加固土两种情况计算分析，设置坑内加固土提高了土的水平反力系数的比例系数m，增加挡土构件嵌固段被动土压力，改善支护结构受力条件，一定程度上防止了基坑失稳^[6-7]。

本基坑环境等级为二级，基坑安全等级为二级，基坑侧壁安全系数为1.0。采用长臂挖机挖土，坑内小挖机转运，坑顶2.0 m内超载10 kPa，2.0 m外超载40 kPa。基坑内侧水位最终深度为基坑底以下0.5 m，外侧水位深度为地面以下0.5 m。

采用理正深基坑支护结构设计软件7.5版本对支护结构分区段（单元）进行设计计算。以BC区段为例，坑深7.60 m，嵌固10.40 m，顶部2.0 m放坡，钢板桩长16.0 m，分析支护结构最大水平位移。

（1）不进行换撑时，钢板桩与地下室侧壁之间回填后，主动土压力由悬臂结构的侧壁承担，侧壁抗弯能力弱，难以有效承担荷载，易导致基坑支护体系破坏，造成严重的安全质量事故。此种方案下，仅考虑底板形成刚性铰，8个工况下计算支护结构最大水平位移如表2所示，其中工况8拆除内支撑1水平位移152.62 mm严重超出二级基坑监测预警值限值^[8]。

表2 不换撑方案计算最大位移Table 2 The maximum displacement calculated by the scheme without changing support

（2）BC区段采用换撑方案时，换撑钢管仍采用直径630 mm，壁厚12 mm无缝钢管，钢管支撑于侧壁上，在第一道支撑拆除前施工完成，并形成支顶作用，兼顾施工影响，最终确定换撑钢管轴线标高为-0.300 m，换撑平面图如图5所示。

此种方案下，考虑底板及换撑钢管形成刚性铰，9个工况下计算支护结构最大水平位移如表3所示，其中工况7拆除内支撑2和工况8刚性铰水平位移最大，为34.22 mm满足二级基坑监测预警值限值。

图5 换撑平面图Fig.5 Plan of support replacement

表3 换撑方案计算最大位移Table 3 The maximum displacement calculated by the sup⁃port replacement scheme

本基坑综合使用了放坡、钢板桩、钢管支撑、钢管换撑、坑内水泥土搅拌桩加固等技术，主要得出以下结论：

（1）基坑被动区采用加固土，增强了软弱土体整体性，提高土体抗剪强度，能有效控制支护结构水平位移，提高基坑整体安全稳定性。

（2）理论计算结果表明，换撑技术受力合理，可以有效控制基坑开挖引起的支护结构水平位移，提高基坑稳定性，保证主体结构顺利施工^[9]。

（3）类似无中板地下结构基坑支护，无法形成刚性铰时，可参考本换撑方法加固基坑。