楊明澔

天津水務(wù)集團(tuán)有限公司，中國(guó)·天津 300000

1 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，“基建狂魔”一詞已被全世界熟知，地鐵、高鐵、橋梁等許多大型工程更是走出國(guó)門，使中國(guó)高速高效的建設(shè)水準(zhǔn)逐漸被全世界多國(guó)認(rèn)同。在這個(gè)過程中，深基坑支護(hù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合工程實(shí)際選用適合的支護(hù)措施對(duì)于確保工程安全質(zhì)量、加快工程進(jìn)度、降低工程成本具有重要意義。

2 背景工程概況

華北沿海某地原水管線工程采用開挖施工作業(yè)，溝槽開挖深度4.5 米，計(jì)劃施打12 米長(zhǎng)鋼板樁或12 米長(zhǎng)拉森樁進(jìn)行支護(hù)。采用拉森樁型號(hào)為ISP-Ⅳ型，樁長(zhǎng)12 米，橫排密打，圍檁采用40#鋼板樁雙拼焊接，橫撐采用DN300 鋼管，距槽頂2 米處每隔6 米做一道橫撐；采用鋼板樁型號(hào)為40#b 型，樁長(zhǎng)12 米，兩橫一丁密打，圍檁采用40#鋼板樁雙拼焊接，橫撐采用DN300 鋼管，距槽頂2 米處每隔6 米做一道橫撐。根據(jù)設(shè)計(jì)管道標(biāo)高，槽深度4.5 米以內(nèi)，為保證溝槽安全，溝槽范圍內(nèi)退土1 米，溝槽范圍外退土2 米。依據(jù)工程巖土勘察報(bào)告本段施工段地質(zhì)為松散耕土、粉質(zhì)粘土。

3 方案計(jì)算依據(jù)

①《鋼結(jié)構(gòu)施工計(jì)算手冊(cè)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

②《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

4 拉森樁施工方案簡(jiǎn)述

4.1 樁結(jié)構(gòu)尺寸及截面參數(shù)

拉森ISP-Ⅳ型鋼板樁計(jì)算參數(shù)查鋼結(jié)構(gòu)施工計(jì)算手冊(cè)。

4.2 計(jì)算假設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土層勘查，本計(jì)算中土層參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值如下：耕土層厚0.5m，粉質(zhì)黏土層厚8m，容重分別為17.5和19，加權(quán)平均18.25，內(nèi)摩擦角150，粘聚力10Kpa，支護(hù)計(jì)算水位按地下1m 考慮。

4.3 拉森樁計(jì)算

4.3.1 內(nèi)力計(jì)算

本工程土壓力計(jì)算采用拉森樁全部承受的主動(dòng)土壓力視為有效主動(dòng)土壓力。以地面標(biāo)高為基準(zhǔn)，計(jì)算各高度點(diǎn)的有效土壓力[1]。地面超載按照60t 考慮，換算后為10KN/m2，換算為土高度h0=q/γ=10/18=0.56m。

①主動(dòng)、被動(dòng)土壓力系數(shù)。

②有效主動(dòng)土壓力計(jì)算。按照各工況（一道支撐）進(jìn)行受力計(jì)算，具體如下。第一，在原地面位置時(shí)的土壓力強(qiáng)度：

第二，在支撐位置時(shí)的土壓力強(qiáng)度：

第三，在溝槽底位置時(shí)的土壓力強(qiáng)度：

③支撐層數(shù)及間距。

按照等彎矩布置確定各層支撐的間距，則拉森鋼板樁頂部懸臂端的最大允許跨度為：

施工時(shí)考慮放管空間位置，確定采用布置一層支撐，即從自然地面下2m 設(shè)置Ⅰ40B 工字鋼雙拼圍檁，加DN300 鋼管橫撐，則h0=2m ＜2.85m，h1=2.5m ＜3.16m，滿足要求。

④施工工況下圍檁計(jì)算。

圍檁受力（采用近似法計(jì)算）。

公式：Rn 處土壓力qn=(Pn+Pn-1)/2×h1/2+(Pn+Pn+1)/2×h2/2，則計(jì)算如下：

開挖到基底標(biāo)高時(shí)土壓力最大，為最不利工況，土壓力均布荷載為24.81KN/m，則此時(shí)拉森樁所受的最大彎矩為：

拉森板樁抗彎截面模量為2043cm3，則樁所受最大彎曲應(yīng)力為：

完全滿足要求。

⑤鋼板樁最小入土深度計(jì)算。

入土深度控制是鋼板樁設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵，本方案為驗(yàn)證相關(guān)計(jì)算規(guī)則的合理性及準(zhǔn)確性，采用兩種計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)算后對(duì)照復(fù)核。采用盾恩近似法計(jì)算：

由幾何平衡關(guān)系可得入土深度計(jì)算公式：

代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得 1.109x2- 1 .80x- 5.41 =0，求解得得x=3.16m，即鋼板樁在基底以下入土深度大于3.16m 時(shí)就能滿足要求。

綜合以上計(jì)算方法結(jié)果，為安全起見，取驗(yàn)算最大值3.16m 并考慮1.5 倍安全系數(shù)，則X=3.16×1.5=4.74m，本施工方案采用12m 長(zhǎng)拉森樁，入土深度=12-4.5=7.5m ＞4.74m，完全滿足要求。

4.3.2 內(nèi)支撐受力檢算

①內(nèi)支撐及圍檁設(shè)計(jì)。

選擇荷載最大的圍檁位置進(jìn)行驗(yàn)算，該處土壓力q=24.81KN/m，按照方案設(shè)計(jì)圍檁選擇I40a，工字鋼樁W=178cm3, [f]= 200MPa，取系數(shù)η=0.125，則在靜載時(shí)：

故圍檁抗彎強(qiáng)度滿足要求。

②內(nèi)支撐設(shè)計(jì)。

圍檁處內(nèi)支撐采用φ325mm 鋼管，鋼管壁厚7mm，D= 311mm，d=325mm，可得：

自重彎矩為：

滿足要求。

經(jīng)過上述計(jì)算，本方案拉森樁支護(hù)設(shè)計(jì)檢算是符合要求的，安全性能可靠。

5 工字鋼樁施工方案簡(jiǎn)述

5.1 樁結(jié)構(gòu)尺寸及截面參數(shù)

工字鋼樁計(jì)算參數(shù)查鋼結(jié)構(gòu)施工計(jì)算手冊(cè)。

5.2 計(jì)算假設(shè)

同拉森樁部分。

5.3 鋼板樁計(jì)算

5.3.1 內(nèi)力計(jì)算

本工程土壓力計(jì)算采用工字鋼樁全部承受的主動(dòng)土壓力視為有效主動(dòng)土壓力。以地面標(biāo)高為基準(zhǔn)，計(jì)算各高度點(diǎn)的有效土壓力[2]。地面超載按照60t 考慮，換算后為10KN/m2，換算為土高度h0=q/γ=10/18=0.56m。

①主動(dòng)、被動(dòng)土壓力系數(shù)。

同拉森樁部分。

②有效主動(dòng)土壓力計(jì)算。

同拉森樁部分。

③支撐層數(shù)及間距。

按照等彎矩布置確定各層支撐的間距，則鋼板樁頂部懸臂端的最大允許跨度為：

施工時(shí)考慮管材吊放所需空間，確定采用布置一層支撐，即從自然地面下2m 設(shè)置Ⅰ40B 工字鋼雙拼圍檁，加DN300 鋼管橫撐，則h0=2m ＜2.85m，h1=2.5m ＜2.85m，滿足要求。

④施工工況下圍檁計(jì)算。

圍檁受力（采用近似法計(jì)算）。

公式：Rn 處土壓力qn=(Pn+Pn-1)/2×h1/2+(Pn+Pn+1)/2×h2/2，則計(jì)算如下：

開挖到基底標(biāo)高時(shí)土壓力最大，為最不利工況，土壓力均布荷載為20.76KN/m，則此時(shí)拉森樁所受的最大彎矩為：

拉森板樁抗彎截面模量為 1500.4cm3，則樁所受最大彎曲應(yīng)力為：

完全滿足要求。

⑤鋼板樁最小入土深度計(jì)算。

最小入土深度驗(yàn)算與拉森樁部分相同，符合要求。

5.3.2 內(nèi)支撐受力檢算

內(nèi)支撐與拉森樁內(nèi)支撐相同，符合要求。

6 結(jié)論

6.1 技術(shù)可行性

在不考慮閉水效果前提下（考慮到華北沿海地區(qū)地下水位較高，但已采用的水泥攪拌樁閉水帷幕及井點(diǎn)降水等方案可滿足干作業(yè)要求），兩種方案均可滿足支護(hù)要求[3]。若需進(jìn)一步加強(qiáng)閉水效果，則應(yīng)優(yōu)先選用拉森樁支護(hù)體系。

6.2 經(jīng)濟(jì)可行性

在兩種樁體均可滿足技術(shù)可行性要求前提下，考慮單樁租賃價(jià)格后可知：選用普通工字鋼樁進(jìn)行支護(hù)可節(jié)省費(fèi)用投入。

7 結(jié)語

深基坑支護(hù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用在城市軌道交通站點(diǎn)施工、各類管道工程施工、橋梁施工等領(lǐng)域。除了論文提到的兩類鋼樁支護(hù)技術(shù)，還有地下連續(xù)墻、SMW 工法樁、土釘墻等支護(hù)技術(shù)，結(jié)合工程所在地周邊物質(zhì)條件選用適合的支護(hù)技術(shù)對(duì)于主體工程的順利進(jìn)行具有重要意義。