鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

周瑞剛

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100020)

鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

周瑞剛

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100020)

結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)鋼板樁圍堰這一深基坑經(jīng)常采用的支護(hù)方式，采用等值梁法將結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁體系和兩跨連續(xù)梁體系兩種工況，計(jì)算出鋼板樁的最小入土深度；采用邁達(dá)斯結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)圍檁和支撐體系進(jìn)行了細(xì)部受力分析；采用簡(jiǎn)支單向板體系計(jì)算了封底混凝土厚度。并在實(shí)際施工中得到了驗(yàn)證。

鋼板樁圍堰；等值梁法；簡(jiǎn)支梁體系；連續(xù)梁體系；簡(jiǎn)支板體系；封底混凝土厚度

1 工程概況

錢江通道南接線段九標(biāo)益農(nóng)互通主線橋9～13#輔墩承臺(tái)，承臺(tái)設(shè)計(jì)頂標(biāo)高為﹢1 m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-2 m，承臺(tái)尺寸8.3 m×3.3 m×2.5 m。承臺(tái)四周的地面標(biāo)高(地下水位標(biāo)高)為+4.2 m，封底混凝土采用C25素混凝土，厚度為1.5 m，考慮封底混凝土厚度，承臺(tái)最大開(kāi)挖尺寸為7.7 m，地質(zhì)情況從上至下依次為1 m的雜填土，其余為粉土。

鋼板樁尺寸為承臺(tái)每邊向外1.5 m，即11.3 m×6.3 m，頂面高出地面0.5 m，鋼板樁采用長(zhǎng)度為12 m的拉森Ⅲ型鋼板樁，考慮施工過(guò)程中懸臂較大，設(shè)兩道圍檁和支撐，第一道設(shè)于樁頂下0.5 m處，采用HN400×20型鋼單拼，第二道設(shè)于承臺(tái)頂以上0.5 m處，采用HN600×20型鋼雙拼。角隅處采用直徑60 cm，壁厚1 cm的鋼管樁予以加強(qiáng)。

圍堰施工過(guò)程中，首先挖除表面1 m厚的雜填土，挖至樁頂下0.5 m處設(shè)第一道支撐，開(kāi)挖至承臺(tái)頂以上0.5 m處，設(shè)第二道支撐，然后采用邊吸泥邊加水的方式開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高，澆筑封底混凝土，封底采用水下封底。封底完畢，抽水進(jìn)行承臺(tái)的施工。

2 工況分析

結(jié)構(gòu)分兩種最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算：

工況一：抽水開(kāi)挖至第二道支撐標(biāo)高處(承臺(tái)頂以上0.5 m)，尚未加設(shè)支撐。此時(shí)結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支體系，結(jié)構(gòu)受主、被動(dòng)土壓力作用。

工況二：開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高，澆筑封底混凝土完畢，抽水完畢后。此時(shí)結(jié)構(gòu)為二跨連續(xù)梁體系，結(jié)構(gòu)受主、被動(dòng)土壓力作用。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 荷載

(1)土壓力

土的重度γ=19.2 kN/m3，內(nèi)摩擦角值為27度，則

Ka=tan2(45-φ/2)=0.3755

Kp=tan2(45+φ/2)=2.6629

(2)其他荷載

地面機(jī)械、堆放材料產(chǎn)生的荷載取q=10 kN/m2，將其等代為均布荷載轉(zhuǎn)換為側(cè)壓力，轉(zhuǎn)化為側(cè)壓力荷載為q=Qtan2(45-φ/2)=10*0.375 5=3.8 kPa

3.2 材料截面參數(shù)

鋼板樁HN400×20型鋼HN600×20型鋼截面積/cm2抵抗拒/cm3容許彎曲應(yīng)力/MPa截面積/cm2抵抗拒/cm3容許彎曲應(yīng)力/MPa截面積/cm2抵抗拒/cm3容許彎曲應(yīng)力/MPa191134021070．45804．2221092．461435．42210

4 結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算

4.1 凈土壓力零點(diǎn)距坑底距離

(10+γ*2.7)*Ka=γ(Kp-Ka)*u

計(jì)算得u=0.53 m

(10+γ*6.2)*Ka+20=γ(Kp-Ka)*u

計(jì)算得u=1.1 m

圖1

4.2 最小入土深度計(jì)算

由∑MC=0得

工況一：工況二：γ?x?Kp?x/2?x/3-γ?x?Ka?x/2?x/3=19xγ?x?Kp?x/2?x/3-γ?x?Ka?x/2?x/3=61．5xx=1．65mx=2．9m最小入土深度為u+x=0．53+1．65=2．18m最小入土深度為u+x=1．1+2．9=4．0m實(shí)際入土深度8．8m實(shí)際入土深度為5．3m故滿足要求

4.3 圍檁和支撐安全性驗(yàn)算

由鋼板樁支撐反力計(jì)算結(jié)果得出，第一種工況時(shí)，第一道支撐反力為11.7 kN；第二種工況時(shí)，第一道支撐反力為拉力，不于考慮，第二道支撐反力為137.7 kN，故第一道圍檁支撐按11.7 kN/m的均布荷載加載，第二道圍檁支撐按137.7 kN/m的均布荷載加載。

4.4 封底混凝土厚度

考慮板樁打入基坑深度較大，板樁與土之間的摩阻力以及與封底混凝土之間的握裹力較大，加上封底層及圍堰自重整個(gè)圍堰不會(huì)被水浮起，但封底混凝土在靜水壓力作用下可能被撓曲折裂，此時(shí)封底厚度應(yīng)由其強(qiáng)度確定。假設(shè)封底層為簡(jiǎn)支單向板，其頂面在靜水壓力下產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力為：

4/3×[σ]/12×x2+γc×x-γw×(h+x)=0

式中：l為圍堰寬度，取6.3 m；[σ]為混凝土的容許彎曲應(yīng)力,C25混凝土取0.92 MPa；γc為混凝土容重，取24 kN/m3；γw為水容重，取10 kN/m3；h為封底混凝土水頭，取6.2 m；x為封底混凝土厚度。

計(jì)算得出x=1.2m，為安全期間，封底混凝土取1.5 m。

5 結(jié) 論

本文參照各種資料，并結(jié)合自己的施工實(shí)踐，通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)高速公路最常采用的深基坑開(kāi)挖支護(hù)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和安全性驗(yàn)算，相信在實(shí)際施工中對(duì)大家有一定的借鑒作用。

[1] 錢江通道及接線工程南連接線段第09合同兩階段施工圖設(shè)計(jì).

[2] 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)[S].

[3] 李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社， 2004.

2017-04-06

周瑞剛(1985-)，男，陜西神木人，工程師，從事高速公路施工管理工作。

U445.1

：C

：1008-3383(2017)06-0079-01