深基坑防护

深基坑防护设计

【内容摘要】：本文初步介绍了深基坑钢板桩支护设计，根据钢板桩的受力分析进行理论计算，确定钢板桩支护的安全性及稳定性，从而满足施工需要。

【关键词】：钢板桩 支护 设计 1、概述

随着铁路的不断发展，基础的承载力要求越来越高，为了满足要求承台尺寸相应的增大，基坑开挖的尺寸也不断增大，深基坑相应产生。深基坑的支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性，不合理的支护结构会对工程质量与生命财产造成严重威胁。

深基坑的防护方法很多，本文主要就钢板桩支护进行分析探讨。 2、计算内容及步骤

2.1、钢板桩的支撑布置与相关计算 2.1.1、支撑（锚杆）的布置和计算

支撑（锚杆）层数和间距的布置，影响着钢板桩、支撑、围檩的截面尺寸和支护结构的材料量，其布置方式有等间距布置、等反力布置。本文仅介绍等间距布置，步骤如下：

2.1.1．1、 根据工程的实际情况，估选一种型号的钢板桩，并查得或计算其截面模量W 。

2.1.1．2、根据其允许抵抗弯矩，计算板桩悬臂部分的最大允许跨度 h。

h36fWrKa

式中 f—板桩的抗弯强度的设计值；

—板桩墙后的土的重度；

Ka—主动土压力系数。

2.1.1．3、根据表1确定各支撑跨度。

表1 各支撑跨度

支撑跨度 与h的比值 1.11 h1 精品word文档

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h2 h3 0.88 0.77 0.70 0.65 0.61 0.58 0.55 h4 h5 h6 h7 h8 2.1.1．4 、如果算出的支撑层数过多或过少，可重新选择板桩的型号，按以上步骤进行计算。

2.2、入土深度计算

钢板桩入土深度主要受两个因素的影响，一是竖向不产生管涌，二是基底土体横向不产生侧移。

2.2.1 、不产生管涌的条件为

Kiwb

式中 K—抗管涌安全系数，取2.0

b—土的浮重度，

i i—水力坡度，

h1h12x

x—钢板桩的入土深度 h1=水面到坑底的距离 2.2.2、土体侧向稳定性

土压力，水压力及被动土压力分部对基底 A点取力矩平衡既有

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图1 入土简图

3x3w(h1h3)3Kah3KpKa

366式中

h3—水底至基坑底部的距离

求得x即为钢板桩入土深度。 综合两种情况，取x值 2.3、稳定性验算

2.3.1、基坑底部隆起验算

矩形沉井封底，按周边剪支支撑板的双向板计算，承受均布荷载时，跨中的弯矩M1，M2值，可按下式计算：

P(h施工水位-h承台底h)-24h

M11pl21

2M22pl1Mmax—跨中的最大弯矩；

P—静水压力形成的荷载（KN/m2）；

1、

2—弯矩系数，按《简明施工计算手册》表3—33取用；

l1—矩形板的计算跨度（取小跨）（m）； 查表3—33得

1、

2

M11pl21，

2M22pl1封底砼的厚度计算，根据求得的弯矩按照下式计算：

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h=3.5M1+Dbfct

式中 h—封底混凝土厚度（m）；

—安全系数，按抗拉强度计算的受压、受弯构件为2.65； M—板的最大弯矩（N·mm）； b—板宽，一般取1000mm；

fct—混凝土抗拉强度设计值（MPa），C20混凝土取1.1N/mm2；

D—考虑水下砼可能与井底泥土掺混的增加厚度，一般取300～500mm； 由封底混凝土抗浮力验算可知，会不会发生隆起。 2.3.2、管涌验算

由入土深度计算中可知管涌是否发生。 2.4、构件设计

由结构计算求得钢板桩结构的最大弯矩后，可根据强度要求确定钢板桩的截面模量和钢板桩的材质，最终选择确定钢板桩型号。钢板桩的强度验算一般按下式进行：

MmaxNWA

式中 —钢板桩的计算应力

Mmax—最大弯矩值设计值或标准值

W—截面模量 N—轴向力 A—截面面积

—钢板桩强度设计值或允许应力 3、工程实例

3.1、设计资料

钢板桩顶标高+20.256m，施工水位标高+18.213m，河床标高+15.313，承台底标高

317.98kN/m+10.795m，，c25.71kPa，41.5

主动土压力系数 Katg(4522)0.203精品word文档

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被动土压力系数Katg(4522)4.928

1 Kp=tg2（45+2）=4.928

3.2、内支撑层数及间距计算

按等弯距布置确定各层支撑的间距，根据拉森Ⅳ型钢板桩（W=2043cm3、[σ]=200MPa）能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度：

5h36fWrK3620020431017.980.203103406.49cm4.06m ah1=1.11h=4.47m h2=0.88h=3.57m h3=0.77h=3.12m

根据具体情况，确定采用布置为h0=4m,h1=4m,层数为2层 3.3、支撑系统计算 第一层围檩受力：

q12KHh17.980.203481akhk1258.399kN/m

第二层围檩受力：

q117.980.20382KHh41.52akhk1280.299kN/m式中：q：围檩承受的荷载； H：围檩到钢板桩顶的距离；

hkhk1：相邻两跨度值；

3.4、钢板桩入土深度计算 3.4.1、不产生管涌的条件为

Kiwb

K—抗管涌安全系数，取2.0

b—土的浮重度，

bw17.98107.98kN/m3

ih1 i—水力梯度，h12x

x—钢板桩的入土深度

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h1=水面到坑底的距离，20.256-10.795=9.5m。 通过计算得出：x≥7.15m时不会发生管涌。

所以钢板桩的总长度至少为：9.5+7.15＝16.65m。选用20m长的钢板桩。

3x3w(h1h3)3Kah33.4.2、土体侧向稳定KpKa 366h3—水底至基坑底部的距离，15.313-10.795=4.518m。

得出通过计算x=2.1m

综合两种情况，取x≥7.15m，采用20m长钢板桩 3.5、稳定性验算

3.5.1、基坑底部隆起验算

封底砼采用C20，设封底厚度为h，（根据《简明施工计算手册》P256），534#承台底标高为12.395m，承台外形尺寸为10.2×5×2m，抗浮的最小厚度取1m，（Ln=L-1）得知计算跨度L1、L2分别为8m、13.2m，施工水位为18.213m。

矩形沉井封底，按周边剪支支撑板的双向板计算，承受均布荷载时，跨中的弯矩M1，M2值，可按下式计算：

P(h施工水位-h承台底h)-24h=58.18-14h

M11pl21

2M22pl1Mmax—跨中的最大弯矩；

P—静水压力形成的荷载（KN/m2）；

1、

2—弯矩系数，按《简明施工计算手册》表3—33取用；

l1—矩形板的计算跨度（取小跨l1=8m）（m）； 由于l1/l2=0.606，查表3—33得

1=0.086、

2=0.0379

M11pl21=5.504·(58.18-14h)＞

2M22pl1=2.4256·(58.18-14h)

封底砼的厚度计算，根据求得的弯矩按照下式计算：

h=3.5M1+Dbfct精品word文档

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式中

h—封底混凝土厚度（m）；

—安全系数，按抗拉强度计算的受压、受弯构件为2.65； M—板的最大弯矩（N·mm）； b—板宽，一般取1000mm；

fct—混凝土抗拉强度设计值（MPa），C20混凝土取1.1N/mm2；

D—考虑水下砼可能与井底泥土掺混的增加厚度，一般取300～500mm，这里取300mm； 得h=1.59m

取封底厚度为1.6m时不会发生隆起 3.5.2、管涌验算

由钢板桩入土深度计算可知不会产生管涌现象 3.6、围檩、支撑验算

第一、二层围檩选用I40a工字钢W1090cm双排

311Mmaxq1l258.3996.62317.98kN•m

88Mmax317.98103145.86MPaf200MPa，满足要求

W10902两道支撑均采用φ426×10mm钢管，该钢管的截面惯性矩I=28287.3cm4，截面面积A=130.7cm2，其中A3钢的弹性模量E=206GPa，[σ]=140MPa,最大自由跨度为L=7.2m，杆件为双端铰接 μ=1.0。

iIL14.7cm， 长细比49100 Ai[λ]—《路桥施工计算手册》P7中受压弦杆的容许最大长细比 第一道支撑杆件的稳定满足要求

按照压杆进行计算，N58.39913.2770.87kN

N58.98MPa140MPa A查“《路桥施工计算手册》P7”得纵向弯曲系数φ1=0.828

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N71.23MPa140MPa 1A支撑杆件的抗压应力满足要求。 4.、结论

4.1、通过计算，钢板桩支护结构采用20m钢板桩、2层围檩、支撑，入土深度与稳定性验算满足要求。

4.2、板桩围护体系和多道内支撑组成的多撑式钢板桩支护结构强度高、施工速率快、可重复利用、能在深水中施工，必然是深基坑支护中广泛采用的结构。

【参考文献】 1、简明施工计算手册 2、路桥施工计算手册

3、建筑基坑支护技术规程JGJ120—9 4、简明深基坑工程设计施工手册 5、基坑工程手册

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