一、工程简介及特点
苏州商场主楼地上 10层，地下 3 层，建筑主体高度 50.5m；北侧及东侧沿金门路和广济南路，南侧为已建全景大厦和部队营房（图 1）。整个建筑沿金门路和广济南路设地下一层纯地下室（带下沉式商业广场）。基坑工程采用复合土钉（地下一层）+逆作法（地下 2 层及地下3 层）进行施工，是苏州地区很有特色的工程案例。
基坑平面呈较规则矩形，东西长约 220m，南北宽约 70m，面积约 15400m²。地下室-1、-2、-3 层底板标高分别为-5.700m、—9.200m、—13.700m（均为建筑相对标高），平整后的室外自然地坪标高为-0.500m。基坑开挖深度为14.150m，该基坑工程突出特点有∶
对地下一层以浅的部分采用复合土钉墙围护，对地下 2、3 层部分采用逆做法施工，是苏州地区很有代表性的工程案例。
2. 浅部复合土钉施工临近主干道路，浅部土钉穿越深厚粘土层，采用钢管打入式土钉和钻孔植入式土钉，深部土钉进入含微承压水的粉土层，采用自钻式土钉，解决了复杂地质环境下的施工难题。
二、工程地质条件
苏州市位于太湖平原的东侧，地处长江三角洲东南前缘，太湖水网平原中部，属三角洲冲积、湖积平原地貌。本区第四纪以来地壳运动以沉降为主，广泛接受堆积，形成广阔平原地貌，第四系地层分布广，厚度较大。
地基土层分布与地基土评价
根据勘探揭露的地层资料分析，拟建场地 50.3m 深度范围内的地基土除表层填土外，均为晚更新世（Q3）沉积层，主要由粘性土、粉土及砂土组成，各土层分布呈水平成层分布，在全场区稳定遍布。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，划分为①、④、⑤、⑥、⑧、⑨、⑩等7个主要层次，其中第④、⑩层根据土性差异各分为2个亚层。
各土层分布具有如下主要特点及地基土评价（表1）;
（1）第①层杂填土，上部以混凝土块、道渣、砖块等建筑垃圾为主，下部以粘性土为主，土质松散，局部建筑垃圾堆积稍厚，土质不均，一般不作为天然地基持力层。
（2）第④∶层褐黄色粘土，含氧化铁条纹及铁锰质结核，土质胶结紧密，土性较好，平均层顶标高约1.13m，平均厚度约3.7m，含水量为26.1%，孔隙比为0.746，呈可塑~硬塑状态，中等压缩性。静探Ps值平均为1.82MPa，地基承载力特征值为160kPa。该土层土性较好，是苏州地区主要的天然地基持力层。
（3）第④.层灰黄色粉质粘土夹粉土，含氧化铁斑点及少量有机质等，下部夹较多薄层粉土，土质不均匀。该层平均层顶标高约-2.52m，平均厚度 2.1m，静探Ps平均值 2.62MPa，地基承载力特征值 140kPa。
（4）第⑤层灰黄～灰色粉砂，含云母、石英等，上部夹少量薄层粘性土，中密状态，土质较均匀，土性较佳，平均层顶标高约-4.66m，平均厚度约8.1m，含水量为28.9%，孔隙比为0.818，静探Ps平均值7.53MPa，标贯击数平均 28.0击，中密状态，土性较佳。
（5）第⑥层灰色粉质粘土，含有机质、少量云母、贝壳碎屑及腐殖质，夹较多薄层粉土，土性一般，土质不均匀。该层层顶标高约-12.82m，平均厚度约8.0m。
（6）第⑧层灰绿～暗绿色粉质粘土，含氧化铁条纹及铁锰质结核，土性较好，平均层顶标高约-20.76m，厚度 7.2～9.5m。
（7）第⑨层灰绿～灰色砂质粉土，含云母、石英等矿物，上部夹少量薄层粘性土。中密~密实状态，平均层顶标高约—29.05m，平均厚度约6.8m。
（8）第@ 层灰色粘土，含少量云母及腐植物，局部夹少量薄层粉土，土质较均匀，平均层顶标高约—35.81m，平均厚度 8.1m。
（9）第⑩。层灰～灰绿色粉质粘土夹粉土，含云母、有机质等，夹薄层粘性土，具水平层理，平均层顶标高约—44.12m，本次勘探在 50.3m 深度内未揭穿本层。基坑开挖涉及第①层杂填土、第④， 层粘土、第④。层灰粉质粘土夹粉土、第⑤层粉砂， 坑底位 于第⑥层粉质粘土中。
2. 地下水
（1）地表水
苏州地处长江三角洲东南缘太湖水网平原中部，根据大运河苏州站 1919～1971 年资料，河水位历史最高水位2.49m（1954年），最低水位 0.0lm（1934年），常年平均水位 0.88m，最高年平均水位1.39m（根据1951～1992年统计资料）。1999年枫桥水文站记录到最高洪水位达 2.69m。
（2）潜水
根据苏州地区区域水文资料，潜水最高水位为 1.33～2.63m，最低水位为一0.21～ 1.35m，变化幅度 1.0～2.0m。通常枯水位出现在 1～3月份，水位可降至标高-0.50m左右，高水位出现在 7～9 月份，水位可接近地表，其余为平水期。
拟建场地浅部地下水属潜水类型，主要赋存于杂填土底部及第④，层粘上上部裂隙中，富水性一般，主要受大气降水和地表径流补给，属典型的蒸发入渗型动态特征类型。本次勘察期间所测得的潜水位稳定水位埋深一般在 0.65～1.40m之间．标高在 1.85～ 2.16m 之间，钻孔初见水位一般比稳定水位一般低 0.5～1.0m。
（3）浅层微承压水
根据苏州区域水文调查资料，拟建场地浅部第⑤层粉砂为微承压含水层。水位埋深一般1.5～3.0m，普遍低于同一地点的潜水位0.5～1.5m。动态变化同样受到大气降水、地形地貌、地表水体的制约影响，表现为降水入渗型特征。该微承压水历史最高水位为 1.74m，近3～5年最高微承压水水位为1.60m，年变幅0.80m左右（以上水位均为黄海高程）。微承压水水质受人类经济活动影响轻微，仍主要反映原生态环境所特有的变化规律。
根据本次勘察的现场钻孔降水头注水试验结果，实测第⑤层微承压水水头标高约为 1.67m。
（4）土层渗透性（表 2）
三、基坑周边环境情况
场地位于苏州市金阊区，金门路南 广济南路西 基坑紧邻金门路和广济南路, 是城市主干道，十分繁忙，且地下管线密布，环境保护要求高，需重点保护金门路侧距离基坑2.3m,埋深1.5m-800的雨水管 另外，南侧距离约12.0m的12层商务楼（刚封顶，桩基13. 0m）,其基础持力在本基坑开挖面以上，对基坑开挖十分敏感。
四、基坑围护平面图
结合工程的基坑面积、开挖深度、周边环境的实际情况以及工期和造价等综合因素的考虑，确定本基坑工程采用：对地下一层以浅的部分采用复合土钉墙围护，对地下2、3层部分采用逆做法施工，逆作部分基坑围护体采用600地下连续墙结合外侧-850三轴水泥土搅拌桩止水帷幕；利用地下一层和地下二层梁板作为水平支撑体系(图2) 基坑支护结构具有以下优点。
（1）下沉式广场基坑及浅层采用复合土钉墙支护，充分发挥其技术经济方面的优点。可节约一道支撑，减少支撑的造价100～150万元;深坑位置的而支护桩的长度也得以减少;因为无内支撑，浅层土层开挖十分方便，大大缩短了工期。
（2）复合土钉墙相对于其他无支撑围护方法如搅拌桩重力式坝体、门式框架悬臂支护等，变形小，对环境更安全、施工更灵活;土钉的排数和长度均可控制以避免对周围环境的影响。
（3）浅层支护省去了第一道支撑的施工、养护及拆除时间;搅拌桩主要作隔水帷幕，基坑在局部施工完搅拌桩 10～14 天（包括降水时间）后，即可在该部位开始施工第一层土钉，其余可分段、分层、分区域流水作业，由于基坑周长达 600m，作业面可以大量设置，因而可大为缩短施工工期。
（4）内部深坑采用地下连续墙，逆作法施工，基坑设置两道栈桥，将基坑分为两大块，将大大方便大机械挖土作业，对于节约逆作法施工工期是有利的，比顺作内支撑方案省去了支撑施筑和安装工序，节省了支撑造价。
（5）逆作法围护结构及支撑体系刚度大，可以减少基坑土方开挖对周边环境的不利影响，周边环境保护有利。同时不需要进行拆撑换撑，节约了总工期和总造价。
五、基坑围护典型剖面图
1. 支撑体系设计
（1）地下连续墙
采用 C30 混凝土，厚度为 600mm。总长度为18.25m，入土深度 11m。
（2）水泥土搅拌桩止水帷幕
考虑到普通双轴搅拌桩在本工程的深度条件和土质条件下，施工质量难以保证，且基坑周边环境较为复杂，对比造价与风险，选用 φ850mm 三轴搅拌桩，每幅之间间距 1200mm，即相互套打一个孔位，深度均为-17.1m（相对于±0.000），长度为16.6m，伸入第⑥层粉质粘土层 3.0m。
（3）复合土钉墙
对于开挖深度 6.05m 的浅层部分，设 5排土钉，水平向间距1m，竖向间距从上至下分别为∶1.4m、1.1m、1.0m、1.0m、1.0m，土钉形式分别为钢管打入式、钻孔植人式和自钻式。
（4）水平支撑体系
1）地下一层 B1 支撑体系∶圈梁断面 600mm×800mm，边跨梁板和主梁组成水平支撑体系。板面标高一5.750m。主梁截面 400mm×800mm，间距 8400mm。
2）地下二层 B2 支撑体系，边梁断面 300mm×800mm（不开洞处）和 500mm× 800mm（开洞处），边跨梁板和主梁组成水平支撑体系。板面标高一9.250m。主梁截面 600mm×800mm，间距 8400mm。
（5）立柱及立柱桩
由于梁板结构竖向荷载较大，必须设置临时支撑立柱以减少支撑的跨度，改善支撑的受力情况，同时提高支撑的竖向稳定性。临时立柱设置于主体结构的柱网位置。
临时支撑立柱采用 4L140mm×12mm 型钢格构柱（缀板为一410mm×200mm× 10mm@800mm），型钢立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。格构柱插入立柱桩 2.5m，立柱桩采用直径 800mm 钻孔灌注桩，桩长 25m。
（6）栈桥
本工程设两座栈桥，以方便施工。其中栈桥板厚度 200mm，混凝土强度 C30;主梁截面 600mm×800mm（b×h），次梁截面400mm×800mm（b×h），混凝土强度为C40。
2. 复杂环境下土钉设计要点
（1）设计难点
1）金门路车流量大，注浆不易凝固，效果不好;
2）金门路侧距离基坑 2.3m 有埋深1.5mφ800mm 雨水管;
3）浅部粘土层达 5.0m 厚，打入式土钉施工速度慢∶
4）第四、五道土钉进入④。粉质粘土夹粉土、⑤粉砂层微承压水层，成孔难度大，易引起水土流失。
（2）设计方案
1）根据地质情况的施工难度，采用了钢管打入式、钻孔植入式和自钻式等不同工法之土钉，确保施工可行性和工程的安全性。其中浅层采用钢管打入式，并辅助引孔措施;粘土层采用钻孔植人式;粉土层采用自钻式。
土钉施工从周边环境简单的西南侧开始，积累现场经验（如注浆速度、注浆压力、注浆量等参数控制），且马路侧土钉施工尽量在车流量低峰期进行，确保马路侧施工时安全; 2）第一道土钉先引孔 4m，加快第一道打入式土钉的施工速度，更好控制变形（图 4）; 3）土钉施工前进行现场放线，如土钉遇地下建筑物基础、地下管线、地下构筑物可以通过调整土钉的俯角和方位角加以避开，但俯角最大不大于 45°，以确保其抗水平能力。经计算，将第一道土钉俯角由原设计的 12调整为 25°，即可避开金门路侧雨水管，而不用对原设计做较大变更;
4）为确保钻孔植入式土钉质量，要求必须安装定位支架，且一次和二次注浆管与杆体材料一同送人孔内。施工顺序∶钻机造孔——清孔——放入钢管、一次注浆管和二次注浆管———次充填注浆——拔出一次注浆管——浆液终凝后二次注浆（图5）;
5）自钻式植入土钉钻杆就是土钉，钻进的同时可以注浆。速度快，适宜各类土层，易注浆，有利于位移控制（图 6）。故将第四、五两道土钉改为自钻式土钉，避免塌孔、水土流失。
六、降水及监测
1. 降水设计
由于第④层粉土和第⑤层粉砂层厚较大，同时第⑥层粉质粘土有可能局部渗透系数较大，隔水帷幕进入⑥层粉质粘土3m。苏州地区基坑开挖范围处于透水性极大的粉土或粉砂层，止水和降水的好坏关系到基坑的成败。苏州专家经验400m²/口即可，设计变更后将节省管井布置在坑外，作为观测及应急井点，起到两个作用∶a）自钻式土钉施工遇到困难时，可临时抽水，保证土钉施工的顺利进行;b）出现漏水漏砂险情时，可通过观测井点水位变化，初步判断渗漏区域，使得降水堵漏等抢险工作有的放矢。2. 监测项目（表 3）
七、简要实测资料
1. 土钉施工阶段
本工程浅部复合土钉施工完成后，地表沉降、坡顶位移均控制在1mm以内，较好的保证了周边道路、管线及建筑物的安全，为复杂环境下土钉施工提供了成功的案例，见图7。
感谢供稿作者：
张有桔、丁文其、赖允瑾、龚昕
（同济大学土木工程学院地下建筑与工程系、
同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，
安徽省交通规划设计研究院，
上海市政工程设计研究总院）