污水管道深基坑鋼板樁的計算

1、污水管道深基坑鋼板樁選用中交四公局山水工程有限公司 王永強(qiáng)摘要：京津中關(guān)村科技城市政基礎(chǔ)及其一期配套工程EPC總承包項目包含16條市政道路，其中主干路多有配套排水設(shè)施，而深基坑施工為危險性較大工程，經(jīng)過對污水管道基坑施工的技術(shù)總結(jié)，為以后的同類基坑施工提供經(jīng)驗，提高工程質(zhì)量質(zhì)量和工作效率。 關(guān)鍵詞：基坑 鋼板樁 污水管道 排水一、工程概況西環(huán)北路規(guī)劃為城市主干路，長1.939km，污水管鋪設(shè)里程為K0+100K1+870，污水管道直徑為DN400DN500mm，溝槽開挖深度最大4.9m。西環(huán)北路污水管道溝槽開挖深度不足5m，但地下水位較高，地層主要為耕植土/素填土（平均厚度1.08m）、粉質(zhì)粘

2、土/黏土（平均厚度：1.96m）、粉質(zhì)粘土（平均厚度：3.01m）；溝槽開挖時根據(jù)實際地址情況，采用鋼板樁防護(hù)。選取污水管道開挖最不利情況：段落樁號管道名稱地面實測高程（m）溝槽底高程（m）高差（m）備注K0+100K1+280及其他地質(zhì)不良段西環(huán)北路污水管道5.20.34.9二、鋼支撐結(jié)構(gòu)形式為了確保溝槽開挖及鋼板樁安全可靠，鋼板樁墻體支撐體系尤為重要。具體支撐及安裝位置見9.3相關(guān)圖紙，支撐結(jié)構(gòu)材料如下：1）鋼板樁支護(hù)墻體坡頂處采用300*300的H型鋼圍檁。在鋼板樁豎向放出圍檁安裝位置，每隔3m焊接牛腿1個。2）鋼板樁支撐體系采用內(nèi)支撐，支撐體系采用325*6mm鋼管，間距5m。三、參數(shù)

3、信息1、鋼板樁長9m，拉森鋼板樁的主要性能參數(shù)見下表：鋼板樁示意圖及鋼板樁圍堰示意圖見下圖。鋼板樁鎖口2、地質(zhì)參數(shù)1）土層分布情況：按照其形成年代、成因類型從上至下共分為8個巖土大層，按巖性特征及其物理力學(xué)指標(biāo)可進(jìn)一步劃分為15個工程地質(zhì)亞層?，F(xiàn)對各工程地質(zhì)層特征自上而下分述如下：1耕植土/素填土（Q4ml）：灰黃色，黃褐色，稍濕，可塑，土質(zhì)不均，以粘性土為主，含較多植物根莖及砂顆粒。該層分布連續(xù)，在拆遷廢區(qū)中多為素填土。層頂高程4.248.15m，平均高程5.78m，層厚0.202.60m，平均厚1.08m。粉質(zhì)粘土/粘土（Q4al+pl）：黃褐色，可塑，土質(zhì)均勻，切面光滑，局部夾姜石。該層

4、分布連續(xù)，層頂高程2.976.03m，平均高程4.68m，層厚0.903.70m，平均厚1.96m，容重值：20KN/m3 ；內(nèi)摩擦角值：22；粘聚力C=23KPa。粉質(zhì)粘土（Q4al+pl）：灰黃色，飽和，可塑-軟塑，局部流塑，粉粒含量較高。該層分布連續(xù)，層頂高程-2.144.51m，平均高程2.31m，層厚1.006.10m，平均厚3.01m，容重值：20KN/m3；內(nèi)摩擦角值：22；粘聚力C=23KPa。粉土/粉砂（Q4al+pl）：灰黃色，飽和，該層分布不連續(xù)，層薄，多為夾層，僅部分鉆孔揭露。層頂高程0.35m2.33m，平均高程1.31m，層厚0.301.20m，平均厚0.72m，容

5、重值：21KN/m3；內(nèi)摩擦角值：30；粘聚力C=10KPa。粉土（Q4al+pl）：灰色，灰黃色，濕，稍密-中密，土質(zhì)不均，切面粗糙。該層分布不連續(xù)，層頂高程-2.82m3.52m，平均高程-0.15m，層厚0.603.70m，平均厚1.63m。容重值：20KN/m3；內(nèi)摩擦角值：30；粘聚力C=10KPa。1淤泥質(zhì)粘土（Q4al+pl）：灰色，飽和，流塑，土質(zhì)均勻，切面光滑，夾粉土薄層。該層僅BZ9號孔揭露，層頂高程-0.69m，層厚1.50m。容重值：16KN/m3；內(nèi)摩擦角值：8.37；粘聚力C=5.25KPa。經(jīng)各層土加權(quán)平均，土的密度=1.89（g/cm3），粘聚力c=15KPa，

6、內(nèi)摩擦角=20。3、荷載參數(shù)溝槽頂邊1.2m外有土方、材料等堆放以及機(jī)械因素，綜合考慮荷載q=20KPa。四、鋼板樁插入深度1、地面荷載q=20 KPa。2、溝槽開挖深度本工程溝槽開挖深度4.9m。3、主動土壓力系數(shù)Ka =tan（45-20/2）=0.49，0.7；按市政工程施工計算實用手冊（以下計算公式均來自本手冊）式（37-36）計算被動土壓力系數(shù)，=2/3，被動土壓力內(nèi)摩擦角取1.3系數(shù)（土的內(nèi)摩擦角可酌情調(diào)整，在密集群樁深度范圍內(nèi)，乘以1.21.4），=1.3=26；=2/3=13.34；Kp= tan（45+20/2）=2.041）根據(jù)朗金土壓力理論：最大主動土壓力強(qiáng)度式1；最大被

7、動土壓力強(qiáng)度式2； 溝槽開挖深度； 鋼板樁入土深度；2）最大主動土壓力式3；式4；式5；取支撐點(diǎn)；得式6；其中為內(nèi)支撐距鋼板樁頂面距離，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本工程取=0m。3）支撐反力Ta根據(jù)平衡得支撐反力Ta=Ea+Eq-Ep式7；2、淺埋單層支點(diǎn)樁墻頂端支撐法計算最大主動土壓力強(qiáng)度=18.9*（4.9+x）*0.49-21 =9.26（4.9+x）-21 KPa最大被動土壓力強(qiáng)度=38.56x+42.6 KPa即：；將以上公式代入式6，解一元三次方程得鋼板樁入土深度=2.47m，施工時尚應(yīng)乘以K=1.11.5，本工程取K=1.2，則鋼板樁長=4.9+1.2*2.47=7.86m。施工時取9m

8、長鋼板樁即可。取鋼板樁插入深度x=2.47 m，所以：=174.10KN/m；=72.23KN/m；=171.47KN/m；故TA=Ea+Eq-Ep=74.86KN/m=Ra；3、求最大彎矩Mmax和鋼板樁選型最大彎矩發(fā)生于剪力為零處，設(shè)從樁頂往下y處剪力為零，則求得y=3.1mMmax=求得Mmax=139KNm即每延米樁體承受的最大彎矩為139KNm，發(fā)生于樁頂下3.1m處。根據(jù)求得的最大彎矩和板樁材料的容許應(yīng)力（參見公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，一般取f=170200 N/mm2），即可選擇板樁的截面、型號。最大應(yīng)力計算值= M/W=/2270*1 =61.23 N/mm2200 N/

9、mm2其中-鋼板樁截面抵抗矩折減系數(shù)，當(dāng)樁頂設(shè)有整體圍檁時取=1，不設(shè)置時取=0.7；選擇9m拉森 IV型鋼板樁，入土深度3.6m，溝槽深度4.9m，露出地面0.5m。五、圍檁、內(nèi)支撐驗算1）鋼圍檁擬采用300*300的H型鋼，支撐體系采用325*6mm鋼管，詳見溝槽防護(hù)支撐布置圖，首先施工鋼板樁，圍檁、內(nèi)支撐等隨開挖隨施工。2）本次驗算取內(nèi)支撐的間距l(xiāng)=5m，簡略計算如下圖： 作用線荷載 q=TA=74.86kN/m；最大彎矩M=0.1ql2=0.1*74.86*52=187.15KNm；300*300的H型鋼最大彎曲應(yīng)力：滿足強(qiáng)度要求；300*300的H型鋼剛度：滿足剛度要求。 3）內(nèi)支撐

10、強(qiáng)度驗算：內(nèi)支撐采用325*6mm鋼管，單根的軸力為N=74.86*5=374.3KN.325鋼管最大彎曲應(yīng)力：其中截面抵抗矩A=（d外2-d內(nèi)2）/4=6013mm2滿足強(qiáng)度要求；六、溝槽底部隆起穩(wěn)定性計算支撐式支擋結(jié)構(gòu)，其嵌固深度應(yīng)滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求，抗隆起穩(wěn)定性可按下列公式驗算： 式中： D墻體插入深度 （m）； h0溝槽開挖深度（m）； q地面以上均布荷載（KPa）； c支護(hù)樁底處的地基土粘聚力（KPa） 1溝槽外地表至樁底，各土層天然重度的加權(quán)平均值（KN/m3）； 2溝槽里地表至樁底，各土層天然重度的加權(quán)平均值（KN/m3）； Ncp、Nqp地基極限承載力系數(shù)；用普朗特爾公式，

11、Ncp、Nqp如下： j支護(hù)樁底處土的內(nèi)摩擦角（0） KL抗隆起安全系數(shù)；考慮圖中AB面上抗剪強(qiáng)度抵抗隆起作用未考慮，固安全系數(shù)KL可取低一些，要求KL1.11.2。計算隆起穩(wěn)定性示意圖查地勘報告有各土層物理力學(xué)指標(biāo)：天然容重1=18.9（g/cm3），2=20.7（g/cm3）。支護(hù)墻底處土的內(nèi)摩擦角值：22；粘聚力C=23KPa。鋼板樁插粉土（Q4al+pl）即停止，地面超載q0=20KN/m2。 代入以上各項數(shù)據(jù)有求得Nqp=7.83=16.91溝槽開挖深度為h0=4.9m，插入土深度D= 3.6m。經(jīng)以上計算鋼板滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求。結(jié)語：通過對西環(huán)北路污水管道基坑鋼板樁施工的總結(jié)，避免同類錯誤在日后施工中發(fā)生，為以