污水管道深基坑防护钢板桩选用及计算

污水管道深基坑钢板桩选用中交四公局山水工程有限公司王永强一、工程概况北京西环北路规划为城市主干路，长1.939km，污水管铺设里程为K0+100~K1+870，污水管道直径为DN400~DN500mm，沟槽开挖深度最大4.9m。西环北路污水管道沟槽开挖深度不足5m，但地下水位较高，地层主要为耕植土/素填土（平均厚度1.08m）、粉质粘土/黏土（平均厚度：1.96m）、粉质粘土（平均厚度：3.01m）；沟槽开挖时根据实际地址情况，采用钢板桩防护。选取污水管道开挖最不利情况：砖段落桩号顾管道名称屈地面实测高程血（m）周沟槽底高程（裹m）想高差（m）冲备注雷K0+山10愿0~K1+2傲80蹄及驰其他款地质观不良段争西环北路污水炎管道劈5.2励0.3菜4.9二、钢支撑结构形式为了确保沟槽开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩墙体支撑体系尤为重要。具体支撑及安装位置见9.3相关图纸，支撑结构材料如下：1）钢板桩支护墙体坡顶处采用300*300的H型钢围檩。在钢板桩竖向放出围檩安装位置，每隔3m焊接牛腿1个。2）钢板桩支撑体系采用内支撑，支撑体系采用Ф325*6mm钢管，间距5m。三、参数信息1、钢板桩长9m，拉森钢板桩的主要性能参数见下表：钢板桩示意图及钢板桩围堰示意图见下图。钢板桩锁口2、地质参数1）土层分布情况：按照其形成年代、成因类型从上至下共分为8个岩土大层，按岩性特征及其物理力学指标可进一步划分为15个工程地质亚层。现对各工程地质层特征自上而下分述如下：①1耕植土/素填土（Q4ml）：灰黄色，黄褐色，稍湿，可塑，土质不均，以粘性土为主，含较多植物根茎及砂颗粒。该层分布连续，在拆迁废区中多为素填土。层顶高程4.24~8.15m，平均高程5.78m，层厚0.20~2.60m，平均厚1.08m。②粉质粘土/粘土（Q4al+pl）：黄褐色，可塑，土质均匀，切面光滑，局部夹姜石。该层分布连续，层顶高程2.97~6.03m，平均高程4.68m，层厚0.90~3.70m，平均厚1.96m，容重值：20KN/m3；内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。仆③牺粉质粘土（Q厚4吃al+pl钥）：灰黄色，沃饱和，可塑-务软塑，局部流泻塑，粉粒含量闸较高。该层分伏布连续，层顶守高程-2.1葵4~4.51凑m，平均高程拆2.31m，炎层厚1.00抽~6.10m另，平均厚3.岗01m，容重肢值：20KN朴/m阳3虎；内摩擦角值照：22°；粘总聚力C=23甜KPa。裤③界粉土/粉砂（扔Q炸4益al+pl傍）：灰黄色，衫饱和，该层分印布不连续，层支薄，多为夹层骑，仅部分钻孔思揭露。层顶高夺程0.35m理~2.33m哗，平均高程1边.31m，层挎厚0.30~缝1.20m，属平均厚0.7吧2m，容重值隙：21KN/丙m绝3倚；内摩擦角值奋：30°；粘行聚力C=10昼KPa。脱④智粉土（Q艘4馆al+pl愿）：灰色，灰反黄色，湿，稍悼密-中密，土暖质不均，切面傻粗糙。该层分术布不连续，层柔顶高程-2.困82m~3.养52m，平均席高程-0.1片5m，层厚0躺.60~3.烘70m，平均纵厚1.63m佛。容重值：2击0KN/m素3酷；内摩擦角值忽：30°；粘卡聚力C=10驻KPa。桐④奶1常淤泥质粘土（蜘Q终4坦al+pl浸）：灰色，饱颈和，流塑，土梁质均匀，切面蒸光滑，夹粉土登薄层。该层仅追BZ9号孔揭扬露，层顶高程挂-0.69m负，层厚1.5牙0m。容重值创：16KN/缘m侨3雨；内摩擦角值鼻：8.37°蒙；粘聚力C=搜5.25KP效a。经各层土停加权平均，土迈的密度状=1.89（病g/cm塞3扭），粘聚力c农=15KPa垂，内摩擦角φ考=20°。3、荷载参数拉沟槽顶边1.混2m外有土方四、材料等堆放厉以及机械因素戚，综合考虑荷挑载q=20K安Pa。段四、钢板桩插替入深度厦1、地面荷载氧q=20K铸Pa。稼2、沟槽开挖技深度迅本工程沟槽开凭挖深度4.9洒m。疫3、主动土压倡力系数Ka哨=tan²（委45°-20辈°/2）=0盛.49，惭0.7；遗按《市政工程洲施工计算实用布手册》（以下歼计算公式均来聋自本手册）式胶（37-36娱）计算被动土缓压力系数，δ泛=2只/3，被动土董压力内摩擦角绢取1.3系数满（土的内摩擦商角状可酌情调整，悦在密集群桩深漂度范围内，乘践以1.2~1跃.4），墨=1.3壁=26°；δ早=2贵/3=13.英34°；拆K土p名=tan²否（45°+2撒0°/2）=地2.04配1）根据朗金拒土压力理论：造最大主动土压断力强度刘………………然……式1；雁最大被动土压锄力强度码………………鸭……式2；陵—沟槽开挖深口度；端—钢板桩入土朴深度；恋2）最大主动声土压力怖………………扇………………衬………………票式3；颗………………融………………救………………翠式4；垄………………谱………………体………………序………式5；取支撑点；得…式6；未其中板为内支撑距钢端板桩顶面距离息，根据现场实览际情况，本工亡程取鹊=0m。厉3）支撑反力因Ta裤根据平衡得支零撑反力Ta=剑Ea+Eq-掘Ep…………哑………………午…………式7促；哨2、趣浅埋单层支点盏桩墙顶端支撑菊法计算选最大主动土压哲力强度值=18.9*奖（4.9+x舍）*0.49夏-21=9狭.26（4.艇9+x）-2邮1KPa钉最大被动土压谈力强度响=38.56漠x+42.6群KPa即：；；输将以上公式代敞入式6，解一率元三次方程得念钢板桩入土深坦度掌=2.47m骨，过施工时尚应乘普以K=1.1珍~1.5，本彩工程取K=1军.2，则钢板舍桩长=4.9奸+1.2*2络.47=7.北86m。奉施工时取9m移长钢板桩即可严。钓取钢板桩插入裁深度x=2.丧47m，加所以：烛=174.1趁0KN/m；踩=72.23奔KN/m；洒=171.4屋7KN/m；麻故T年A羡=E驱a差+E轧q马-E绍p链=74.86怒KN/m=R晌a合；城3、求最大弯仓矩M裹max保和钢板桩选型难最大弯矩发生钢于剪力为零处据，设从撕桩碍顶往下y处剪担力为零，则企求得y=3.并1mMmax=支求得M扛max响=139KN苦·m馋即每延米晒桩饱体承受的最大神弯矩为139拐KN·m，发愤生于京桩龟顶下3.1m剥处。量根据求得的最戒大弯矩和板桩偿材料的容许应帮力（参见《公岛路桥梁钢结构钻及木结构设计件规范》，一般毁取[f]=1嗽70~200钱N/mm谋2房），即可选择牢板桩的截面、胀型号。夕最大应力计算思值摆σ=M/W氏β=1390滔00/227醋0*1=6星1.23N肿/mm房2香<200N斤/mm槐2谜其中β-钢板锦桩截面抵抗矩辣折减系数，当总桩顶设有整体都围檩时取β=遮1，不设置时笑取β=0.7荐；选择9m拉恒森IV型钢醉板桩，入土深治度3.6m，抹沟槽深度4.贯9m，露出地午面0.5m。川五、围檩、内灵支撑验算闭1）钢围檩拟溜采用300*侵300的H型柳钢，支撑体系然采用Ф325榴*6mm钢管胃，详见沟槽防歪护支撑布置图纯，首先施工钢掏板桩，围檩、进内支撑等随开斜挖随施工。宿2）本次验算悬取亮內支撑画的间距l=5摘m，简略计算垮如下图：拥作用迅线荷载q=谦TA=74.茧86kN/m筹；仰最大弯矩M=膀0.1ql哪2殿=0.1*7榆4.86*5顾2邻=187.1源5KN•m；欣300*30丝0的H型钢最率大弯曲应力：渐满足强度要求寇；饱300*30剪0的H型钢刚坝度：疫满足刚度要求给。瞎3）内支撑适强度验算：凡内支撑采用Ф杨325*6m马m钢管，单根色的轴力为N=坐74.86*病5=374.巷3KN.睛Φ325钢管机最大弯曲应力严：枣其中截面抵抗凡矩A=π（d秘外雷2升-d厨内毁2炼）/4=60向13mm登2或满足强度要求炮；双六、沟槽底部刊隆起稳定性计华算遮支撑式支挡结势构，其嵌固深呼度应满足坑底艘隆起稳定性要张求，抗隆起稳柴定性可按下列任公式验算：坚式中：虏亏D——墙体插佣入深度（m愚）；展h0——沟谣槽开挖深度（视m）；少q——地面辅以上均布荷载哄（KPa）；墓c——支护志桩拒底处的地基土龟粘聚力（KP雷a）皮γ纤1昨——沟槽外地尼表至孤桩回底，各土层天脉然重度的加权撞平均值（KN叛/m雀3参）；送γ亡2没——沟槽里地策表至榴桩说底，各土层天揭然重度的加权近平均值（KN患/m疾3蓬）；普N雹cp画、N煮qp荐——地基极限手承载力系数；率用普朗特尔公滴式，N骗cp掌、N补qp妖如下：迫──支护渡桩住底处土的内摩暖擦角（0）拖近K春L──抗隆起斑安全系数；考切虑图中A'B鞠'面上抗剪强阻度抵抗隆起作跌用未考虑，固逼安全系数KL绵可取低一些，傲要求KL≥1羽.1~1.2屈。闸计算隆起稳定昆性示意图蜻查地勘报告有佛各土层物理力波学指标：天然衣容重γ销1桌=18.9（冶g/cm兆3壮），γ东2诸=20.7（福g/cm粥3歉）。伞支护墙底处土旗的内摩擦角值土：22°；粘慌聚力C=23溪KPa。穴钢板桩插劲④厦粉土（Q吓4步