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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：2.1.11、 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 。 2.1.12、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。 式中 板桩的抗弯强度的设计值； 板桩墙后的土的重度；主动土压力系数。2.1.13、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1.110.880.770.700.650.610.580.552.1.14 、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式中 K抗管涌安全系数，取2.0土的浮重度， i水力坡度， x钢板桩的入土深度 =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点取力矩平衡既有图1 入土简图式中 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：跨中的最大弯矩；P静水压力形成的荷载（KN/m2）；、弯矩系数，按简明施工计算手册表333取用；l1矩形板的计算跨度（取小跨）（m）；查表333得 、，封底砼的厚度计算，根据求得的弯矩按照下式计算：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（Nmm）； b板宽，一般取1000mm； 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300500mm；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：式中 钢板桩的计算应力 最大弯矩值设计值或标准值 截面模量 轴向力 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+10.795m，主动土压力系数 被动土压力系数 Kp=tg2（45+）=4.9283.2、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，根据拉森型钢板桩（W=2043cm3、=200MPa）能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度： h1=1.11h=4.47mh2=0.88h=3.57mh3=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： 第二层围檩受力： 式中：q：围檩承受的荷载；H：围檩到钢板桩顶的距离；：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抗管涌安全系数，取2.0土的浮重度， i水力梯度， x钢板桩的入土深度 =水面到坑底的距离，20.256-10.795=9.5m。通过计算得出：x7.15m时不会发生管涌。所以钢板桩的总长度至少为：9.5+7.1516.65m。选用20m长的钢板桩。 3.4.2、土体侧向稳定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x7.15m，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10.252m，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：=58.18-14h跨中的最大弯矩；P静水压力形成的荷载（KN/m2）；、弯矩系数，按简明施工计算手册表333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333得 =0.086、=0.0379=5.504(58.18-14h)=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：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（Nmm）； b板宽，一般取1000mm； 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300500mm，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工字钢双排，满足要求两道支撑均采用42610mm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，=140MPa,最大自由跨度为L=7.2m，杆件为双端铰接 =1.0。， 长细比 路桥施工计算手册P789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，查“路桥施工计算手册P789”得纵向弯曲系数1=0.828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JGJ12094、简明深基坑工程设计施工手册5、基坑工程手册