钢管桩与拉森钢板的基坑支护结构技术研究

宋东清

（南京市浦口新城开发建设有限公司，江苏 南京 211800）

基坑支护的主要是通过排桩，桩撑、桩锚等，加固基坑，进而起到提高基坑稳定性的作用。为保证基坑重要系数能够达到安全等级，基坑支护结构设计的合理性能够起到决定性作用[1]。在我国，以往针对基坑支护结构技术的研究中，主要是通过混凝土结构支护基坑，但传统基坑支护结构技术在实际应用中存在支护轴力低的问题。由此可见，传统基坑支护结构技术中存在明显不足有待改进，钢管桩的主要结构包括；钢管、企口榫槽、企口榫销，能够对基坑起到支护作用。拉森钢板作为绿色建筑材料中的一种，近年来受到建筑行业的大力追捧，其主要形状为U型，适用于建桥围堰、大型管道铺设等方面，也能够起到一定的支护作用。不仅如此，拉森钢板具备极高的防水能力，具有高质量的优势。为了解决传统基坑支护结构技术中存在的不足，本文以基坑支护结构技术作为此次课题的研究对象，通过钢管桩与拉森钢板的应用，提出对基坑支护结构技术的优化设计，本文技术致力于从根本上提高基坑支护结构轴力，进而为基坑支护结构技术的优化设计提供理论支持。

1 钢管桩与拉森钢板的基坑支护结构技术

1.1 计算基坑钢管桩支护内力

本文在基坑支护结构技术设计中，引进钢管桩，针对基坑支护在钢管桩结构参数计算上的优化主要在于，将以往使用的静力平衡法替换为假想梁法，假想梁法作为国内外针对基坑支护结构参数计算中最先进的计算方法，相比于传统静力平衡法具有明显的计算精度高的优势[2]。运用假想梁法计算钢管桩支护结构参数的具体流程为：首先，可以假设在基坑支护过程中钢管桩支护中挡墙在基底以下存在一个假想铰组织结构，该结构主要起到划分作用；在此基础上，利用假想铰对假想梁进行划分；最后，通过假想较位移计算钢管桩支护结构参数。针对基坑支护过程中钢管桩支护结构进行计算方式上的优化，采用国内外中最为先进的假想梁法进行计算。使用假想梁法对深基坑支护结构参数进行计算。在此过程中，结合库伦土压力理论，设钢管桩支护的内力为E，则有公式（1）。

在公式（1）中，g指的是钢管桩支护结构长度，单位为m；H指的是钢管桩支护结构假想点位置；K指的是钢管桩支护结构基坑围护中挡墙基底假想铰组织结构与地面之间的夹角。基于公式（1），可以得出钢管桩支护的内力，在内力能够承载的范围内设计钢管桩支护结构参数[3]。通过设计钢管桩支护结构，致力于满足基坑支护结构的实际需求。

1.2 计算基坑支护拉森钢板支护结构参数

在计算基坑钢管桩支护内力后，还需要在基坑支护结构中引进拉森钢板，进一步对基坑起到稳定支护作用。在此基础上，计算基坑支护拉森钢板支护结构参数，设其目标函数为T，详见公式（2）。

公式（2）中，Y指的是拉森钢板的结构长度，单位为m；E指的是基坑基本支护结构假想点位置；R指的是基坑土质孔隙率。通过公式（2），得出基坑支护拉森钢板支护结构参数。在计算基坑支护拉森钢板支护结构参数的过程中，必须精确假想点位置，防止由于假想点位置不准确造成基坑支护拉森钢板支护结构参数设定误差大的问题。

1.3 采用拉森钢板加固基坑支护结构

以上述计算得出的基坑支护拉森钢板支护结构参数为依据，采用拉森钢板加固基坑支护结构。基于基坑支护难度大的特点，在应用支护技术时，要尽可能的选择与施工图纸匹配度最高的支护类型作为一级支护内容。本文通过采用拉森钢板加固基坑支护结构，在原有复合顶板锚网索主体结构侧墙的基础上设置拉森钢板，加固顶板锚网索。采用拉森钢板加固基坑支护结构的主要作用是保证支护地层的稳定性，将支护框架区间设置为支护影响区。通过安置旋喷桩止水帷幕双管，并在地面进入隔水层至少1m处进行注浆加固，以此分析采用拉森钢板加固基坑支护结构的应用效果。针对采用拉森钢板加固基坑支护结构处理区地层加固所需的注浆量，可以根据注浆量理论建筑空隙表达式进行计算。设加固所需的注浆量为V，可得公式（3）。

公式（3）中，L指的是拉森钢板框架区间环宽，单位为m；D1指的是基坑开挖直径，单位为m；D指的是拉森钢板外径，单位为m。通过公式（3），在得出加固所需注浆量的基础上，对注浆速度进行计算。设加固注浆速度为，可得公式（4）。

公式（4）中，N指的是掘进速度，单位为mm/min。根据公式（4）得出的具体数据，通过采用拉森钢板加固基坑支护结构，为基坑支护提供良好的土层环境。因此，通过基坑支护结构技术中的拉森钢板，能够起到加固复合顶板锚网索的应用效果。

1.4 设计一次基坑支护结构

采用拉森钢板加固基坑支护结构的基础上，通过设计一次基坑支护结构，制定该基坑支护方案。一次支护结构作为本文设计技术下的基本结构，需要结合两点主要参考条件，即为：基坑掘进条件以及基坑基本支护条件。基坑掘进条件中包括：挖掘机型号、掘进速度以及土质条件；基坑基本条件中包括：基坑尺寸参数以及基坑岩性等。本文采用耦合支护的方案，共包括3点主要内容：第一点为，在基坑支护中，一次支护结构的设计必须与施工图纸具有极高的适配度；第二点为，在挑选一次支护结构的材料时，必须重视材料的防水性，尽可能使用环保型绿色材料，针对此方面拉森钢板能够满足；第三点为，在设计一次支护结构的材料时，一定要考虑到其性价比。综合上述3点主要内容，最大限度上保证一次基坑支护结构设计的科学性。

1.5 设置二次基坑支护结构

以计算得出的一次基坑支护结构参数为依据，通过设置二次基坑支护结构，致力于满足基坑基本支护的实际需求。在对基坑支护结构技术的设计过程中，应将对二次基坑支护结构的临时支撑作为支护的关键环节。为了提升支护装置的强度，本章采用左旋筋螺纹材质的锚杆作为临时支撑主要装置，在此行为实施过程中，考虑到施工行为会受到多种外界条件因素与环境因素的影响，受到影响后临时支撑会受到自身重力的影响，出现塌陷的问题。为了降低上述提出问题的出现概率，持续选择120.0型号的钢筋作为临时支撑装置的材料，并结合此种材料的支撑行为，对其支撑行为发生过程中的示意图进行描述。如下图1所示。

图1 支撑行为发生过程示意图

结合上述图1所描述的示意图，为了在此基础上那个推升支撑结构的安全性与稳定性，可借鉴三角形稳定结构，建立一个稳定结构体系，对临时支撑进行稳定结构规划。在完成对整体结构的规划与设计后，选择对钢管桩进行焊接处理，焊接过程中，使用至少20.0mm直径的钢管对其进行支撑，并使用至少100.0mm直径的横管作为钢筋支撑网，对支护结构进行跨度连接，确保整体结构的稳定性与封闭性。以此，实现基于钢管桩与拉森钢板的基坑支护，完成该项技术设计。

2 实例分析

2.1 实验准备

构建实例分析，内容为基坑支护结构设计。本次实验对象为某基坑，针对该基坑土层的物理学参数具体内容，详见表1。

表1 该基坑土层物理学参数

结合表1信息，为该基坑土层物理学参数。在此基础上，首先，将本文设计技术设为实验组，采用钢管桩与拉森钢板对该基坑执行支护，通过matalb软件测得其支护轴力。而后，将传统技术设为对照组，同样对该基坑执行支护，通过matalb软件测得其支护轴力。通过上述可知，本次实例分析中，设置对比指标为支护轴力，支护轴力能够体现出该技术对基坑的支护强度，支护轴力越高证明该技术的支护稳定性越好。

2.2 实验结果分析与结论

支护轴力实验数据，详见表2。

表2 支护轴力对比表

通过表2可知，本文设计技术下，支护轴力能够相比于对照组具有明显的提升效果，证明此次技术设计在现实应用中的可行性，具有现实应用价值。

3 结语

本文通过实例分析的方式，证明了设计基坑支护结构技术在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次优化设计的必要性。因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统基坑支护结构设计中存在的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次支护轴力测定结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高支护轴力测定结果的可信度。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。还需要对基坑的优化设计提出深入研究，以此为提高基坑支护结构设计的综合质量提供建议。