市政管道基坑支护简化计算方法

■陈俊松，张茂刚 ■无锡城市职业技术学院，江苏 无锡 214153

1 引言

随着我国城市建设的快速发展，市政设施的建设力度也得到空前发展，市政基坑开挖项目也较为常见。但由于市政设施的施工作业空间有限，进行基坑开挖时一般采用支护开挖，较少采用放坡开挖［1-3］。且市政设施施工所处的环境复杂，因此对支护体系要求较高。而科学合理的对支护体系进行计算，是确保基坑施工安全的重要基础［4～6］。由于一线施工人员对专业的支护软件不甚熟悉，以及对复杂的有限元计算理论较难以掌握。因此，本文依据基坑设计规范，提出一种简化的支护计算方法，以供一线施工人员参考。

2 工程概况

为进行管道施工，需进行基坑开挖。工程的一些基本数据如下:

(1)开挖深度:5.2m。(2)坑内、坑外天然容重加权平均值γ:20kN/m3;内摩擦角加权平均值φ:20°;粘聚力加权平均值c:14。(3)地面超载q:20kN/m2(长边);30kN/m2(短边，考虑施工便道的影响)。(4)基坑开挖面积9×6m。(5)拟设置单层支撑，9m边设对撑，每隔3m一道;6m边设置角撑。(6)主要材料基本参数如下:拉森III钢板桩(W∶1340×103mm);工字钢36a(W∶875×103mm);工字钢22a(W∶310×103mm;A∶4210m2;M:27.9kg/m)

基坑开挖示意图如图1、图2所示:

图1 支护结构布置图

图2 基坑开挖示意图

下面以长边为例，进行基坑支护计算。

3 内力计算

(1)作用于板桩上的压力强度及压力分布(不考虑水压力及土的粘聚力)，如图3所示:

其中系数k为等值梁法被动土压力修正系数，取1.6

板桩外侧均布荷载(地面超载)换算填土高度h0，h0=qγ=2020=1．0m 。

(2)计算反弯点位置

假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，设其位于开挖面以下y处，则:

(3)按简支梁计算等值梁的最大弯矩Mmax和两个支点的反力Ta和Pb

受力简图如图4所示

由，Σ MB=0得:

图3 土压力分布图

图4 等值梁法受力简图

解得:Ta=111．01kN/m

设最大弯矩处距桩顶距离为x，即剪力为0的点，则有:

解得 x=3．86m

(4)计算钢板桩的最小入土深度

令x＇为B点到桩底的距离，则:

取系数1.2，则最小入土深度 t=1．2 × (1．10+3．38)=5．37m

4 构件设计

(1)围檩荷载

因本工程为单层支撑，围檩所受荷载qk=Ta=111．01kN/m。

(2)撑杆荷载

撑杆按偏心受压构件计算其内力，作用力为:

(3)采用拉森III钢板桩(SP-U400×125×13.0)，每延米抵抗矩W=1340 ×103mm，折减系数 β =0．7，则:

(4)围檩设计

选用工字钢36a，W=875×103mm3

按简支梁计算，最大弯矩Mmax=111．01×32/8=124．89kN·m

(5)支撑设计

选用工字钢22a，W=310 ×103mm3，A=4210mm2，查稳定系数 φ =0.802.

自重弯矩 Mmax=0．279 ×62/8=1．26kN·m

5 稳定性验算

打入深度取5.5m

(1)抗倾覆稳定性分析

内侧土压力对支撑点的力矩:

外侧土压力对支撑点的力矩:

(2)坑底抗隆起稳定性分析

采用同时考虑c、φ的抗隆起验算法。

则:

满足规范要求。

6 结语

本文依据基坑工程设计规范，采用静力分析原理，提出一种简易的钢板桩支护体系设计计算方法。从实际工程的应用情况来看，该方法能进行钢板桩的支护设计，以及稳定性验算，适用于一些简单的钢板桩支护结构，可供一线施工人员参考。

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