钢板桩力学计算

随着我国城乡建设的发展，人民生活水平的不断提高，对城市的防洪要求也不断提高，旧城区原有的排水系统已经不能适应新要求。因此，要对旧城区的排水系统进行改造。而旧城区的地下管线错综复杂，街道两旁的建筑物基础结构参差不齐，为了防止基坑开挖的塌方，减少对周围建筑物的破坏，对不同城市地形、地质特点可以采用不同的施工方法。本文结合江门市良化大道排水改造工程施工的实际，浅谈钢板桩支护施工技术，希望能起到一些借鉴作用。

1、工程概况

1.1、工程简介

江门市良化大道排水改造工程是为解决白石林水浸问题而兴建的，该工程位于江门市繁华闹区里，行人、车辆比较多，排水渠结构边离建筑物最近的距离为7.5米，开挖深度大部分在5米左右，最深达5.9米，最大开挖宽度为7.5米，全长约1000米，北起白石大道，南接江北路良化泵站。

1.2、岩土工程地质情况

1.2.1、地形地貌

拟建场地在地貌上原属三角洲沉积地带，由于人工改造，在里程0+000~0+300段表面已覆盖了厚度不一的填筑土，地面标高多在+4.00m~+4.50m之间，其余段里程则已铺设混凝土路面，路面标高在-3.90m~-5.10m（黄海高程）之间。

1.2.2、土层特征

勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地地层可分为四个土层，现分述如下：

1.2.3、地下水简况

在勘察深度范围内，筑填土层、淤泥及亚粘土为弱透水层，在浅部筑填土层内赋存少量孔隙潜水，主要靠大气降雨及侧向径流补给。

据终孔后统一测量的水位，地下水埋藏深度在1.1~2.1m之间，水位标高在+2.24~+3.0 0之间，无明显规律性。

2、支护方案

本项目基槽开挖深度约5米，根据工程地质分析，槽壁开挖范围主要为人工填土和淤泥，而槽底则基本位于淤泥中。因此，若处理不当，将无法保证两侧的稳定，引起整体滑波、基底隆起等严重后果，开挖前必须进行可靠而有效的基坑支护处理。

针对本工程的地质特点，采用钢板桩、IIP型钢围檩加内支撑支护方案，钢板桩采用间隔施打，桩中心距0.8m，与内支撑结合可保证不会倾覆破坏，在打完钢板桩之后，在钢板桩顶以下1.0米处设置一道IIP型钢围檩及直撑。

基坑开挖期间可通过变形观测对钢板桩的位移进行有效控制，充分保证基坑安全。钢板桩施工简便，工序简单、容易控制质量。同时施工快捷、工期短且现场整洁，完工后即可开挖基坑，另外钢板桩可重复使用，节省投资。

3、设计计算

3.1、地下无淤泥层区段设计计算

3.1.1、计算参数

土层按ZK11号孔作为典型断面进行计算。

C、Φ、γ值取各土层的加权平均值，即γ=19.5KN/m2，c=18.2Kpa、Φ=16.48度。

地面附加荷载q=20Kpa。

3.1.2钢板桩桩长计算

沿基槽边取一延长米计算，开挖深度约5米，板桩墙前后土压力采用水土压力合算模式进行:

ea a=qK0-2c<0

h0=(2c-q K0)/(γK0)=1.47

ea b=(q+γh+γt) K0-2c=38.37+10.88t

epc=2c=48.74KN/m

epb=γt K0+2c=34.94t+48.74

由桩上作用力对支撑点d点的力矩平衡得：

1/2*(38.37+10.88t)*(t+3.53)(2t/3+2.82)

=48.74t*(t/2+4)+1/2*34.94t2*(2t/3+4)

解得：t=1.45m

则桩入土深度d=1.1t=1.6m

地面卸载0.6m后,使用6m长的钢板桩。

3.1.3、钢板桩强度计算：

ΣH=0得：

T=1/2*(38.37+10.88t)*(t+3.53)-1/2*(2*48.74+34.94t)t

=27.42KN/m

设钢板桩的最大弯矩截面在距地面x0处

则1/2[（q+γx0）K0-2c](x0-1.47)=T

即x02-2.94x0-2.88=0

x0=3.72m

Mmax=T(x0-1)-1/6[（q+γx0）K0-2c](x0-1.47)2 =53.96Kn.m 间隔打U型Ⅲ号钢板桩

W=278.75cm

σmax=Mmax/W=193.58Mpa

3.1.4、围檩强度计算:

围檩间距取L=5m

Mmax=1/8TL2=85.69Kn.m

选用HP300*300*94.5kg/m型钢

W=1360cm σmax=Mmax/W=63.0Mpa

3.1.5、支撑强度计算

轴向力 N=27.42*5=137.1KN

最大支撑长度约6m

材料选用HP300*300*94.5kg/m型钢

W=1360cm2 W=450cm2 i=7.51cm A=132cm2

Λ=L/i=79.9查表得Φ=0.687

Σ=N/(ΦA)=15.12Mpa

3.2、地下淤泥层较厚区段设计计算

3.2.、1计算参数

土层按ZK14号孔作为典型断面进行计算。

C、Φ、γ值取各土层的加权平均值，即γ=18.52KN/m2，c=11.54Kpa，Φ=10.32度。

地面附加荷载q=20Kpa

3.2.2、钢板桩桩长计算

沿基槽边取一延长米计算，开挖深度约5米，板桩墙前后土压力采用水土压力合算模式进行。

ea d =qK1-2c<0

h0=(2c-qK)/(γK)=0.41M

ea b=(q+γh+γt)K-2c=59.12+12.89t