深基坑支护技术应用实例分析

杨明澔

天津水务集团有限公司，中国·天津 300000

1 引言

随着中国经济建设的快速发展，“基建狂魔”一词已被全世界熟知，地铁、高铁、桥梁等许多大型工程更是走出国门，使中国高速高效的建设水准逐渐被全世界多国认同。在这个过程中，深基坑支护技术得到了广泛应用。结合工程实际选用适合的支护措施对于确保工程安全质量、加快工程进度、降低工程成本具有重要意义。

2 背景工程概况

华北沿海某地原水管线工程采用开挖施工作业，沟槽开挖深度4.5 米，计划施打12 米长钢板桩或12 米长拉森桩进行支护。采用拉森桩型号为ISP-Ⅳ型，桩长12 米，横排密打，围檩采用40#钢板桩双拼焊接，横撑采用DN300 钢管，距槽顶2 米处每隔6 米做一道横撑；采用钢板桩型号为40#b 型，桩长12 米，两横一丁密打，围檩采用40#钢板桩双拼焊接，横撑采用DN300 钢管，距槽顶2 米处每隔6 米做一道横撑。根据设计管道标高，槽深度4.5 米以内，为保证沟槽安全，沟槽范围内退土1 米，沟槽范围外退土2 米。依据工程岩土勘察报告本段施工段地质为松散耕土、粉质粘土。

3 方案计算依据

①《钢结构施工计算手册》，中国建筑工业出版社。

②《简明施工计算手册》，中国建筑工业出版社。

4 拉森桩施工方案简述

4.1 桩结构尺寸及截面参数

拉森ISP-Ⅳ型钢板桩计算参数查钢结构施工计算手册。

4.2 计算假设

根据现场土层勘查，本计算中土层参数按经验取值如下：耕土层厚0.5m，粉质黏土层厚8m，容重分别为17.5和19，加权平均18.25，内摩擦角150，粘聚力10Kpa，支护计算水位按地下1m 考虑。

4.3 拉森桩计算

4.3.1 内力计算

本工程土压力计算采用拉森桩全部承受的主动土压力视为有效主动土压力。以地面标高为基准，计算各高度点的有效土压力[1]。地面超载按照60t 考虑，换算后为10KN/m2，换算为土高度h0=q/γ=10/18=0.56m。

①主动、被动土压力系数。

②有效主动土压力计算。按照各工况（一道支撑）进行受力计算，具体如下。第一，在原地面位置时的土压力强度：

第二，在支撑位置时的土压力强度：

第三，在沟槽底位置时的土压力强度：

③支撑层数及间距。

按照等弯矩布置确定各层支撑的间距，则拉森钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度为：

施工时考虑放管空间位置，确定采用布置一层支撑，即从自然地面下2m 设置Ⅰ40B 工字钢双拼围檩，加DN300 钢管横撑，则h0=2m ＜2.85m，h1=2.5m ＜3.16m，满足要求。

④施工工况下围檩计算。

围檩受力（采用近似法计算）。

公式：Rn 处土压力qn=(Pn+Pn-1)/2×h1/2+(Pn+Pn+1)/2×h2/2，则计算如下：

开挖到基底标高时土压力最大，为最不利工况，土压力均布荷载为24.81KN/m，则此时拉森桩所受的最大弯矩为：

拉森板桩抗弯截面模量为2043cm3，则桩所受最大弯曲应力为：

完全满足要求。

⑤钢板桩最小入土深度计算。

入土深度控制是钢板桩设计计算的关键，本方案为验证相关计算规则的合理性及准确性，采用两种计算方法进行验算后对照复核。采用盾恩近似法计算：

由几何平衡关系可得入土深度计算公式：

代入相关数据计算可得 1.109x2- 1 .80x- 5.41 =0，求解得得x=3.16m，即钢板桩在基底以下入土深度大于3.16m 时就能满足要求。

综合以上计算方法结果，为安全起见，取验算最大值3.16m 并考虑1.5 倍安全系数，则X=3.16×1.5=4.74m，本施工方案采用12m 长拉森桩，入土深度=12-4.5=7.5m ＞4.74m，完全满足要求。

4.3.2 内支撑受力检算

①内支撑及围檩设计。

选择荷载最大的围檩位置进行验算，该处土压力q=24.81KN/m，按照方案设计围檩选择I40a，工字钢桩W=178cm3, [f]= 200MPa，取系数η=0.125，则在静载时：

故围檩抗弯强度满足要求。

②内支撑设计。

围檩处内支撑采用φ325mm 钢管，钢管壁厚7mm，D= 311mm，d=325mm，可得：

自重弯矩为：

满足要求。

经过上述计算，本方案拉森桩支护设计检算是符合要求的，安全性能可靠。

5 工字钢桩施工方案简述

5.1 桩结构尺寸及截面参数

工字钢桩计算参数查钢结构施工计算手册。

5.2 计算假设

同拉森桩部分。

5.3 钢板桩计算

5.3.1 内力计算

本工程土压力计算采用工字钢桩全部承受的主动土压力视为有效主动土压力。以地面标高为基准，计算各高度点的有效土压力[2]。地面超载按照60t 考虑，换算后为10KN/m2，换算为土高度h0=q/γ=10/18=0.56m。

①主动、被动土压力系数。

同拉森桩部分。

②有效主动土压力计算。

同拉森桩部分。

③支撑层数及间距。

按照等弯矩布置确定各层支撑的间距，则钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度为：

施工时考虑管材吊放所需空间，确定采用布置一层支撑，即从自然地面下2m 设置Ⅰ40B 工字钢双拼围檩，加DN300 钢管横撑，则h0=2m ＜2.85m，h1=2.5m ＜2.85m，满足要求。

④施工工况下围檩计算。

围檩受力（采用近似法计算）。

公式：Rn 处土压力qn=(Pn+Pn-1)/2×h1/2+(Pn+Pn+1)/2×h2/2，则计算如下：

开挖到基底标高时土压力最大，为最不利工况，土压力均布荷载为20.76KN/m，则此时拉森桩所受的最大弯矩为：

拉森板桩抗弯截面模量为 1500.4cm3，则桩所受最大弯曲应力为：

完全满足要求。

⑤钢板桩最小入土深度计算。

最小入土深度验算与拉森桩部分相同，符合要求。

5.3.2 内支撑受力检算

内支撑与拉森桩内支撑相同，符合要求。

6 结论

6.1 技术可行性

在不考虑闭水效果前提下（考虑到华北沿海地区地下水位较高，但已采用的水泥搅拌桩闭水帷幕及井点降水等方案可满足干作业要求），两种方案均可满足支护要求[3]。若需进一步加强闭水效果，则应优先选用拉森桩支护体系。

6.2 经济可行性

在两种桩体均可满足技术可行性要求前提下，考虑单桩租赁价格后可知：选用普通工字钢桩进行支护可节省费用投入。

7 结语

深基坑支护技术已广泛应用在城市轨道交通站点施工、各类管道工程施工、桥梁施工等领域。除了论文提到的两类钢桩支护技术，还有地下连续墙、SMW 工法桩、土钉墙等支护技术，结合工程所在地周边物质条件选用适合的支护技术对于主体工程的顺利进行具有重要意义。