市政管道基坑支護簡化計算方法

■陳俊松，張茂剛 ■無錫城市職業技術學院，江蘇 無錫 214153

1 引言

隨著我國城市建設的快速發展，市政設施的建設力度也得到空前發展，市政基坑開挖項目也較為常見。但由于市政設施的施工作業空間有限，進行基坑開挖時一般采用支護開挖，較少采用放坡開挖［1-3］。且市政設施施工所處的環境復雜，因此對支護體系要求較高。而科學合理的對支護體系進行計算，是確保基坑施工安全的重要基礎［4～6］。由于一線施工人員對專業的支護軟件不甚熟悉，以及對復雜的有限元計算理論較難以掌握。因此，本文依據基坑設計規范，提出一種簡化的支護計算方法，以供一線施工人員參考。

2 工程概況

為進行管道施工，需進行基坑開挖。工程的一些基本數據如下:

(1)開挖深度:5.2m。(2)坑內、坑外天然容重加權平均值γ:20kN/m3;內摩擦角加權平均值φ:20°;粘聚力加權平均值c:14。(3)地面超載q:20kN/m2(長邊);30kN/m2(短邊，考慮施工便道的影響)。(4)基坑開挖面積9×6m。(5)擬設置單層支撐，9m邊設對撐，每隔3m一道;6m邊設置角撐。(6)主要材料基本參數如下:拉森III鋼板樁(W∶1340×103mm);工字鋼36a(W∶875×103mm);工字鋼22a(W∶310×103mm;A∶4210m2;M:27.9kg/m)

基坑開挖示意圖如圖1、圖2所示:

圖1 支護結構布置圖

圖2 基坑開挖示意圖

下面以長邊為例，進行基坑支護計算。

3 內力計算

(1)作用于板樁上的壓力強度及壓力分布(不考慮水壓力及土的粘聚力)，如圖3所示:

其中系數k為等值梁法被動土壓力修正系數，取1.6

板樁外側均布荷載(地面超載)換算填土高度h0，h0=qγ=2020=1．0m 。

(2)計算反彎點位置

假定鋼板樁上土壓力為零的點為反彎點，設其位于開挖面以下y處，則:

(3)按簡支梁計算等值梁的最大彎矩Mmax和兩個支點的反力Ta和Pb

受力簡圖如圖4所示

由，Σ MB=0得:

圖3 土壓力分布圖

圖4 等值梁法受力簡圖

解得:Ta=111．01kN/m

設最大彎矩處距樁頂距離為x，即剪力為0的點，則有:

解得 x=3．86m

(4)計算鋼板樁的最小入土深度

令x＇為B點到樁底的距離，則:

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

4 構件設計

(1)圍檁荷載

因本工程為單層支撐，圍檁所受荷載qk=Ta=111．01kN/m。

(2)撐桿荷載

撐桿按偏心受壓構件計算其內力，作用力為:

(3)采用拉森III鋼板樁(SP-U400×125×13.0)，每延米抵抗矩W=1340 ×103mm，折減系數 β =0．7，則:

(4)圍檁設計

選用工字鋼36a，W=875×103mm3

按簡支梁計算，最大彎矩Mmax=111．01×32/8=124．89kN·m

(5)支撐設計

選用工字鋼22a，W=310 ×103mm3，A=4210mm2，查穩定系數 φ =0.802.

自重彎矩 Mmax=0．279 ×62/8=1．26kN·m

5 穩定性驗算

打入深度取5.5m

(1)抗傾覆穩定性分析

內側土壓力對支撐點的力矩:

外側土壓力對支撐點的力矩:

(2)坑底抗隆起穩定性分析

采用同時考慮c、φ的抗隆起驗算法。

則:

滿足規范要求。

6 結語

本文依據基坑工程設計規范，采用靜力分析原理，提出一種簡易的鋼板樁支護體系設計計算方法。從實際工程的應用情況來看，該方法能進行鋼板樁的支護設計，以及穩定性驗算，適用于一些簡單的鋼板樁支護結構，可供一線施工人員參考。

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