钢板桩支护设计

钢板桩支护设计浅析摘要：该文介绍了钢板桩的支护设计，根据钢板桩的实际受力状况建立力学模型，通过理论计算，确定钢板桩的实际受力及支护结构的稳定性，以确保支护结构的精确性和安全性，从而满足工程需要。关键词：钢板桩；支护；设计摘自：城市道桥与防洪.2007.第11期0前言随着近年城镇建设的不断深人，各种基础建设项目相继增多，基坑开挖是各种构造物施工过程中的重要一环，由于大多数项目特别是中小型项目，工期紧，专业技术人员配备不齐，设计及施工过程中常常忽视基坑安全问题，需支护的地段常常凭感觉或草率参照其他项目的支护方案，对基坑进行粗略支护。这种做法往往会因工作人员经验不足、现场地质情况复杂而出现意外，对工程质量及生命财产造成威胁。因此，对基坑进行科学、合理地支护，是保证工程质量，维护人身安全，减少财产损失的必要措施。基坑的支护形式和所选材料种类很多，应根据项目的具体情况采用合理的支护方案，本文着重通过对钢板桩支护的受力分析，整理了一套比较完整的基坑支护计算方法及步骤，以供参考。1主要计算内容钢板桩支护设计中主要进行以下计算：(l）钢板桩内力计算。(2）支撑系统内力计算。(3）稳定性验算。(4）变形估算。各项计算内容又包含多个子项，下面逐个阐述其计算方法及步骤。2计算方法及步骤2.1钢板桩内力计算对钢板桩进行内力分析的方法很多，设计时应根据支护的构造形式选择合适的分析方法，本文仅对等值梁法进行介绍，计算步骤如下。冬(磁l乔）计算反连弯点位置蒙。志假定钢板趁桩上土压戚力为零的炎点为反弯沿点，设其涛位于开挖不面以忘下它y猎处，则有说：整理得：蚂舟那帽赤（佛1份）茫式中，乘，其—醋—锄坑内外土漏层的容重矿加权平均府值；袋H决—慎—鼓基坑开挖谋深度；伟K辣a催—雄—溜主动土压休力系数；争K慕pi处—挠—算放大后的它被动土压焦力系数。绩(械2械）按简支萍梁计算等答值梁的最当大弯矩和在支点反力获。散等值梁法葬计算简图粒如优图挽1婶所示。度(信3姨）计算钢煎板桩的最损小人土深展度。斩由等值手梁雷B抬G冒求算板桩伯的人土深打度，取勿，则窜滚览由上式求侄得渗惹腿(2)演桩的最小纯人土深度蚁：洒t同0彼=y+x乒团胶垃净踪(3)钞远伤场如桩端为剂一般的土监质条件，舅应乘以系友数浸1.鲁1贱～谅1.2睡弯，即踩t=彻讽（区1.三1缎～拔1.娱2怀）肿t态0弓对于多层城支点的支窗护体系，戏常采用等悟弯矩布置崇的形式以问充分利用谢钢板桩的旗抗弯强度被，减少支白护体系的巨投人量。宏其计算步饱骤为：议a起.贞根据所选险钢板桩型板号由以下荣公式确定疼最大悬臂贿长杏度涝h重吴。种厉返瞒齿传诊（驴4递）加式中际，然f歉—嫂—日钢板桩抗钓弯强度设努计值；悦W缎—扁—光截面抗弯籍模量；途、核K量a轮—具—轧同前弟b垒.亲根据微表望1认确定各支俊撑跨度。忍2.2娇签支撑系统洁内力计算音多层支撑牧点布置见捡图男2辰支撑内计翼算主要是伸分析围檩五和撑杆（嚷或拉锚）姨的内力，扭围檩为受岂均布荷载筑作用的连谊续梁，均念布荷载的借大小可按朽下式计算歉：捕离牧架（锈5嫩）数式中菌，柔q诚k补—浙—忧第怨k贵层围凛承匪受的荷载玻；馆H芽—轨―死围檩至墙咽顶的距离额；虏—筑—模相临两跨沸度值。启撑杆按偏君心受压构复件计算其腾内力即可关，作用力渣为：物兄跑端置惕（婆6翠）灾度式中，习—令—头相临两支涛撑间距。市2.3槐扇稳定性验麻算士支护体系畅的稳定性翼验算是基女坑工程设校计计算的乳重要环节唤，主要包攻括整体稳蛮定性分析茶、抗倾覆吐或踢脚稳东定性分析笛、基底抗处隆起稳定搏分析和抗葡管涌验算户等。日(卫1寨）整体稳剩定性分析映。叨整体稳定击性验算一戴般采用土咽层的圆弧框滑动面计必算，不同妹于边坡验贼算的是，剧由于受支芽撑或锚杆那的影响，城圆心位于疯坑壁面上持方，靠坑雄内侧附近拖。考虑支会撑作用时倘，可不进补行整体稳塑定性验算表，当无支爱撑或者不捡考虑支撑插作用时，六可通过下捷式计算：（7）蛛式中匆，开c央i蜻—携—体第将i窄条土的粘半聚力；帮l虑i洒—姻—阔第挥i至条土的圆拨弧长度；轨q困i锅—模—尝第耽i量条土的地幻面荷载；找—室—狭第惠i捏条土的重鸟力密度，算水面以下翅取浮容重林；居b房i野—净—纺第鸣i敬条土的宽更度；鞠h挽i睡—葬—扭第另i碑条土的高唐度；符—久—略第淘i脑条土弧线盆中心点切肝线与水平裳线的夹角介；辟l脏i宫—芳—嚼第印i重条土的内速摩擦角；到K做—勇—慕抗滑稳定华安全系数赛，依规范饮及地区经氏验取值，价一仗般诸1.圾1丽～寇1.抽5笔。少(步2概）抗倾覆迷稳定性分边析。份抗倾覆稳拢定性又称药踢脚稳定抱性，是验泼算最下道孟支撑以下拍的主动、技被动土压鹅力绕支撑毙点的转动非力矩是否本平衡，按卸下式计算真：裳渗腔孩(8)喘式中，嫂—趋—竖抗倾覆安框全系数，欧根据基坑产重要性取私值；虚—锯—液抗倾覆力散矩，取开巨挖面以下睡钢板桩内鱼侧人土深绢度范围内掩的土压力尊，对最下止一道支撑首点的力矩舅；啄—笋—楼倾覆力矩息，取最下富一道支蛾撑摆叛点以下钢似板桩外侧店人土压力虑支峰撑点的力图矩。习(霸3掘）基底抗办隆起稳定钻性分析。卷基底抗隆变起稳定性献验算的方尘法较多，停本文仅介朴绍指“未同时考益虑患c宪、哲Φ经的抗隆起敬验算晴法鬼”际。乘结构底平高面作为求纤极限承载至力的基准则面，可由贿以下公式嘱求抗隆起须安全系数忌：少并若古句（亭9抗）叮式中，彻，括—轧—痒坑内、外念土层的容往重加权平税均值；拾c返—肉—剖桩底处地潮基土粘聚先力；弹q纪—技—律坑外地面受荷载；咏H岂—泽—什基坑开挖闯深度；艺t旺—禽—光钢板桩入翅土深度；令、伶—廊—壶地基承载秧力系数；招Φ—宽—贵桩底处地绸基土内摩静擦角勾—促—闯抗隆起安荒全系数，跟根据基坑连重要性取蓝值捆楼愁广（慌1全0刮）芬(刻4翻）抗管涌干验算。靠地下水位仿较高的地翠区，开挖满后会形成蛾水头差，陡产生渗流太，当渗流倡力较大时染，有可能杂造成底部腹管涌稳定叠性破坏，忽因此，验觉算管涌稳户定性也是嘉十分必要俯的，可通裹过下式对光其进行验元算：伸伤银象么哀润揉（津1楚1遵）茎式藏中扮i狼c阳—任—夏临界水力悲坡度截，循i择c励=店（奖ρ荣-1染）脉/(e+市1)垮ρ—粪—丑坑底土体娱相对密度霜；享e艘—乒—贼坑底土体任天然孔隙伸比；咬i中—捐—央渗流水力五坡度本，脑i=h淡w绣/税L爪；免h冲w公—雨—称坑内外水家头差；享L厅—灵—专最短渗流恐流线长度的；炸K谣g召—包—惹抗渗流安瘦全系数，删一般否取墙1.穷5饮～世2.龟0戏，砂土、骨粉土时取脸大值。百2.贼4共变形估算短当基坑附踏近有建筑遗物和地下参管线线时伸，必须对横支护进行诚变形估算也，以确保乐建筑物及赛管线的安莲全，变形严包括支护微周围土体由变形和地备基回弹变钢形两部分拴，对于中义小基坑地侵基回弹变灵形可不进泼行估算。衬基坑周围带土体的变絮形应根据妹土质、支玉护情况及撞当地经验泰采用合适堵的估算方朋法，本文园采用以下扫公式计算序：炕农桑椅随眨把（印1透2向）拿式中兵，名k协1垃—烛—招修正系数鸟，对于钢桥板仿桩排k颈1慌＝英1.悄0域；歪h乡—拾—蜡基坑开挖绿深度；跟α—笋—疗地表沉降子量与基坑屑开挖深度逼之比欲（者%卷），可参疑照阀图机3金查得忆3核挺构件设计滥3.近1铺钢板桩设裕计粥计算出最毅大弯裳矩哪M富max超后，可根圾据下式对渗钢板桩进裤行选型：蓬(1警3)毒式中，咏—易—障桩身最大短应力炮（尿KN/m蜜2危）杏；捎M展max馅—针—略桩身最大和弯矩值纵（妹KN.m喊）皱W倘—扛—齐钢板桩截母面抵抗矩弊；厌β—净—等抵抗矩折拖减系数，父对于小企砖口钢板桩塞，当设有按整体围擦旗和冠梁时呀，认β劣取旗1.拴0凶；不设冠伟梁或围檩验分段设置赛时隆，闸β遭取仙0.谎7与。初3.2字苏围檩设计惜围檩示实塘际情况按继连续梁或黎简支梁计项算其最大傅弯火矩养M袍max拥，一般采文用工字钢火或方钢材清料，可根厉据下式进岛行选型：抵(1舌4)速式中各参拔数意义同佛前。藏3.3拉秘支撑设计敬支撑按偏左心受压构四件计算。聪偏心弯矩描除竖向荷晕载产生的誓弯矩外，碰还应考虑灭轴向力对悄构件初始捏偏心距的宇附加弯矩棵。初始偏凳心距可根千据《钢结式构设计规农范》相关浇规定计算趴。同时，积考虑到支狐撑预压力镰和温度的怕影响，验圆算时轴力袖宜乘砖以抚1.据1蝶～昌1.论2纺的增大系损数。构件烫型号可根迎据下式确谊定：(15)安式中贡，悼N惨—蓝—救轴心压力范（具K惜N店）；窄A碑—有—田构件毛截出面面积眼（愚m若2粗）劣期—们—辛稳定系数洗，根据《粘钢结构设贫计规范》鄙相关规定茂取值敏4棋铅构造要求攀(渐l歌）为防止姓接缝处漏籍水，在沉匪桩前应在访锁口处嵌秀填黄油、作沥青或其重他密封止如水材料，托必要时可楼在沉桩后壤坑外注浆扯防渗或另刺施工挡水迹帷幕。舰(哄2绍）在基坑此转角出的镜支护钢板超桩，应根宗据转角的跌平面形状称做成相应岭的异形转施角板桩，挥且转角桩泻和定位桩抗宜加傲长紧l拜m麦。跟5矛放工程实例词某市政道溪路排水管羊基坑开挖式，以桩匪号句k0+浑39笑0纹处为例，胀具体工程附情况和详死细计算过法程如下。贼基坑开挖病示意图如锯图糟4窝所示。显5.堪1敲设计资料大（秘1庆）桩顶高移程俘H钓1台：颂4.10庭0赌m姜，施工水存位勾H冷2适：且3.00闹0胆m俗。缠（册2胜）地面标献高肌H叼0场：皮4.35绒0咱m哗；开挖地事面标炕高肯H轻3坡：捏-0.9吹00夫m泊；开挖深展度嗓H问：忌5.25篮0折m驳。菌（慰3叫）暑坑内、外圣土的天然从容重加全报平均值蛾，俘均为倾：杏20KN刃/m艺3铲；内摩擦状角加全平乌均趴值震Φ锯：车20睛°循；粘聚力妇加全平均抢值纪c阀：秀2药2鼻；孔隙堆比船e背：倒0.8戏9辩。言（集4同）意地面超恼载旅q:20嫂.0KN棋/m炕2寿。从（屯5叠）基坑开沟挖忆宽针b=6.灾0忠m身。克（勿6问）拟设置宁单层支撑束，撑杆每晓隔冲5希m狸一道。沸5.2油抚内力计算主（途1扇）作用于过板桩上的劳土压力强有度及压命力分布见狠图湖5穴。爷板桩外侧舰均布荷载麦换算填土何高潮度兽h麦0班,赌h车0屈=q/r杰=20.长0/20绵=1.0麦m随。精（扇2看）根据式咸（添1祝）：吩洗防（幅3池）按简支姓梁计算上速部钢板桩伙，其受力权简图如协图酬6泳所示。由得：弦解得赠：强R返a勤=114懂.7KN辆/m笛Q开b侍=(12岩.25+姨61.2禽5)×5衰/2+6悬1.25腹×1.1瓜06/2烤-114好.7=1茫02.9办kN/m爪设最大弯过矩处距桩惰顶距离跪为遇x胸，则有：撕R允a得=12.禾25x+叙(61.耗25-1炉2.25起)x断2水/5/2打解贱得慈x=3.冷747m拣所以股，裹M笛max姓=R燃a杂(左x-1)洗-12.狠25x蛮2城/2-0逢.5(6圆1.25醉-12.查25)励x牛3抓/5/3运=143咬.2kN圆·m避（帽4哥）计算钢史板桩的最喷小入土深锤度。面根据式岛（跟2都）得：递由式姻（警3竟）得：最僻小入土深漫度夺t=1.史2样×腿（蜓1.10悦6+3.索33团8尼）影=5.3简33m充5.3魂僻支撑系统躲计算沃（绣1姨）围檩。舞因本工程居为单层支架撑，围檩察所受荷默载易q象k往=R冒a贯=114革.7kN存/怜m晌。颂（顶2桃）撑杆。腊由式况（苹6间）得居：摘R=0.掠5×11直4.7困×顾（垄5+曾5凳）问=573阻.5k奇N脾。肯5.4姜旨稳定性验袄算获（泪1眯）整体稳辽定性分析相。悉因本工程压设置了支毒撑，故未量进行整体穗性验算。违（明2扭）抗倾覆站稳定性分阿析。框内侧土压烫力对支撑汉点的力矩侄：此外侧土压江力对支撑搬点的力矩厨：萄由式竭（筋8萍）得：径>1.晒2亩，满足规氧范要求。村（制3冻）基底抗遇隆起稳定泼性分析。陡由式裙（罗1斯0眠）得：命由式铁（对9传）得：托（算4奸）抗管涌龟验算。偿临界水力谨梯度唇渗流水力傻梯度夕根据式燕（肚1竿1旋）得：社5.5拳原变形估算搅本工程按赞一般地层燥，根据式撑（属1腿2奇）和洞系数表得延最大变形汗：率5.6启其构件设计测（本1戚）钢板桩两设计。购采用拉诱森第Ⅲ闯钢板桩速，低W=13乐50×1棒0孔3循m适m罩，折减系版数取钢，由式搭（鹿1客3纸）得：别降拜（位2档）围檩设躁计。惑选用空心副方钢炮（璃400×仓400×盛1毒4妇）喇，泉W=25肆21×1烈0周3再㎜虫3旗。舒按简支梁肚计算，最钞大弯虚矩龄M军max恐=ql曲2汗/8=1犁14.7廉×52/向8=35惠8.4k术N·摸m涉。吴根据式枣（尊1咬4纠）得：勇（懂3满）支撑设矩计。爽选用空心降方钢疑（蛾250×全250×铲8用）胶，家W=57已8×10县3慧m组m仆，四A=75唐2视0泥㎜疑2扶,祥根据长细飞比锅，查《钢页结构设计傻规范》附鲁表得稳定数系数擦。旨自重弯喜矩及M词max愈=ql籍2产/8=芳l市2霉/8=2份.05客Kn国·m炒根据式幕（架1牲5红）得：6结语纷（担1所）当开挖纤面以下土个质较好，涌钢板桩入闯土深度不遥大时，单箩层支撑可纱简化成简锦支梁模型邮，多层支词撑可简化撇成连续梁殖模型，