钢板桩在某大冲基坑支护结构设计中的应用

肖祥明 龚治东 李仁民

在地下室的基坑支护结构中,常用形式有水泥搅拌桩,土钉墙,排桩支护等。钢板桩又是排桩挡土支护结构中的一种。因在我国未大面积使用,故在现有的有关基坑支护规范中所占篇幅甚少,具体的计算实例在各种基坑支护设计与施工的著作、书籍里也很少有。而钢板桩支护可重复使用,工程造价合理,施工简便,速度快,工地现场整洁无污染,施工完毕基本不留下地下障碍物,它既能挡土又能止水的优点愈来愈得到甲方、设计、施工各单位的采用。拟建工程为某汽车装配车间大冲冲压设备基础,基坑长约42.0 m,宽10.0 m,挖深6.0 m。开挖影响范围内主要土质条件为0 m～2.0 m为素填土,2 m～2.8 m为黏性土,2.8 m～6.5 m为淤泥质黏土,之下为黏性土。

1 钢板桩支护结构设计

1.1 基坑支护设计参数

设计主要比选了钻孔灌注桩悬臂+双轴深搅桩止水方案和钢板桩方案,经比较钢板桩方案较经济(造价仅为排桩+止水方案的1/3),且施工周期短,因此决定采用钢板桩支护方案。钢板桩平面布置图见图1。主要土层及基坑支护设计参数见表1。

1.2 变形及内力计算

根据JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程,土压力模型分别为弹性法土压力模型和经典法土压力模型,计算得到各个工况的变形、弯矩和剪力分布图,最不利工况为工况3,其内力及变形见图2。

表1 土层基坑支护设计参数

1.3 稳定性计算

1)整体稳定验算。计算方法:瑞典条分法;应力状态:总应力法;条分法中的土条宽度:0.40 m。计算得到整体稳定安全系数Ks=2.163;其中圆弧半径R=13.892 m;圆心坐标 X=-1.378 m;圆心坐标Y=7.778 m。

2)抗倾覆稳定性验算。Ks=Mp/Ma。其中,Ks为抗倾覆安全系数;Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索,支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值;Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。安全系数最小的工况号:工况3。最小安全系数Ks=13.363≥1.200,满足规范要求。抗隆起和管涌均满足规范要求。

1.4 嵌固深度计算

按JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd。

1)按ea1k=ep1k确定出支护结构弯矩零点hc1=0.500。

2)支点力 Tc1可按下式计算:

其中,hT1=5.500 m;Tc1=72.729 kN。

3)hd按公式:

其中,β=1.200;γ0=1.000;hp=1.485 m;∑Epj=537.449 kPa;ha=4.558 m;∑Eai=267.038 kPa。

得到 hd=3.7 m,hd采用值为6.0 m。

2 钢板桩支护结构施工

该工程钢板桩支护结构施工于2008年6月进行,施工方法及程序为:平整现场,施工放线;在施打钢板桩位置开挖深1.5 m基槽;搭设地面导向架,钢板桩排板;采用屏风式振动打入钢板桩,桩长12 m。沿基坑边约100延米仅施工了 10 d左右,在地下室开挖和主体施工期间,满足挡土止水支护要求,在地下室主体施工完毕,土方回填后,拔出了所有的钢板桩,全部回收待重复使用。基坑施工期间周围变形监测表明,旁边的厂房立柱水平位移极小,说明整个支护结构是稳定的。

[1]赵志缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[2]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].