污水管道深基坑钢板桩的计算

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摘要：京津中关村科技城市政基础及其一期配套工程EPC总承包项目包含16条市政道路，其中主干路多有配套排水设施，而深基坑施工为危险性较大工程，经过对污水管道基坑施工的技术总结，为以后的同类基坑施工提供经验，提高工程质量质量和工作效率。关键词：基坑钢板桩污水管道排水一、工程概况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： 段落桩号 管道名称 地面实测高程（m） 沟槽底高程（m） 高差（m） 备注 K0+100~K1+280及其他地质不良段 西环北路污水管道 5.2 0.3 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 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ：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。③粉质粘土（Q4al+pl）：灰黄色，饱和，可塑-软塑，局部流塑，粉粒含量较高。该层分布连续，层顶高程-2.14~4.51m，平均高程2.31m，层厚1.00~6.10m，平均厚3.01m，容重值：20KN/m3；内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。③粉土/粉砂（Q4al+pl）：灰黄色，饱和，该层分布不连续，层薄，多为夹层，仅部分钻孔揭露。层顶高程0.35m~2.33m，平均高程1.31m，层厚0.30~1.20m，平均厚0.72m，容重值：21KN/m3；内摩擦角值：30°；粘聚力C=10KPa。④粉土（Q4al+pl）：灰色，灰黄色，湿，稍密-中密，土质不均，切面粗糙。该层分布不连续，层顶高程-2.82m~3.52m，平均高程-0.15m，层厚0.60~3.70m，平均厚1.63m。容重值：20KN/m3；内摩擦角值：30°；粘聚力C=10KPa。④1淤泥质粘土（Q4al+pl）：灰色，饱和，流塑，土质均匀，切面光滑，夹粉土薄层。该层仅BZ9号孔揭露，层顶高程-0.69m，层厚1.50m。容重值：16KN/m3；内摩擦角值：8.37°；粘聚力C=5.25KPa。经各层土加权平均，土的密度=1.89（g/cm3），粘聚力c=15KPa，内摩擦角φ=20°。3、荷载参数沟槽顶边1.2m外有土方、材料等堆放以及机械因素，综合考虑荷载q=20KPa。四、钢板桩插入深度1、地面荷载q=20KPa。2、沟槽开挖深度本工程沟槽开挖深度4.9m。3、主动土压力系数Ka=tan²（45°-20°/2）=0.49，0.7；按《市政工程施工计算实用 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 》（以下计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 均来自本手册）式（37-36）计算被动土压力系数，δ=2/3，被动土压力内摩擦角取1.3系数（土的内摩擦角可酌情调整，在密集群桩深度范围内，乘以1.2~1.4），=1.3=26°；δ=2/3=13.34°；Kp=tan²（45°+20°/2）=2.041）根据朗金土压力理论：最大主动土压力强度……………………式1；最大被动土压力强度……………………式2；—沟槽开挖深度；—钢板桩入土深度；2）最大主动土压力………………………………………………式3；………………………………………………式4；………………………………………………………式5；取支撑点；得…式6；其中为内支撑距钢板桩顶面距离，根据现场实际情况，本工程取=0m。3）支撑反力Ta根据平衡得支撑反力Ta=Ea+Eq-Ep……………………………………式7；2、浅埋单层支点桩墙顶端支撑法计算最大主动土压力强度=18.9*（4.9+x）*0.49-21=9.26（4.9+x）-21KPa最大被动土压力强度=38.56x+42.6KPa即：；；将以上公式代入式6，解一元三次方程得钢板桩入土深度=2.47m，施工时尚应乘以K=1.1~1.5，本工程取K=1.2，则钢板桩长=4.9+1.2*2.47=7.86m。施工时取9m长钢板桩即可。取钢板桩插入深度x=2.47m，所以：=174.10KN/m；=72.23KN/m；=171.47KN/m；故TA=Ea+Eq-Ep=74.86KN/m=Ra；3、求最大弯矩Mmax和钢板桩选型最大弯矩发生于剪力为零处，设从桩顶往下y处剪力为零，则求得y=3.1mMmax=求得Mmax=139KN·m即每延米桩体承受的最大弯矩为139KN·m，发生于桩顶下3.1m处。根据求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力（参见《公路桥梁钢结构及木结构设计规范》，一般取[f]=170~200N/mm2），即可选择板桩的截面、型号。最大应力计算值σ=M/Wβ=139000/2270*1=61.23N/mm2<200N/mm2其中β-钢板桩截面抵抗矩折减系数，当桩顶设有整体围檩时取β=1，不设置时取β=0.7；选择9m拉森IV型钢板桩，入土深度3.6m，沟槽深度4.9m，露出地面0.5m。五、围檩、内支撑验算1）钢围檩拟采用300*300的H型钢，支撑体系采用Ф325*6mm钢管，详见沟槽防护支撑布置图，首先施工钢板桩，围檩、内支撑等随开挖随施工。2）本次验算取內支撑的间距l=5m，简略计算如下图：作用线荷载q=TA=74.86kN/m；最大弯矩M=0.1ql2=0.1*74.86*52=187.15KN•m；300*300的H型钢最大弯曲应力：满足强度要求；300*300的H型钢刚度：满足刚度要求。3）内支撑强度验算：内支撑采用Ф325*6mm钢管，单根的轴力为N=74.86*5=374.3KN.Φ325钢管最大弯曲应力：其中截面抵抗矩A=π（d外2-d内2）/4=6013mm2满足强度要求；六、沟槽底部隆起稳定性计算支撑式支挡结构，其嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求，抗隆起稳定性可按下列公式验算：式中：D——墙体插入深度（m）；h0——沟槽开挖深度（m）；q——地面以上均布荷载（KPa）；c——支护桩底处的地基土粘聚力（KPa）γ1——沟槽外地表至桩底，各土层天然重度的加权平均值（KN/m3）；γ2——沟槽里地表至桩底，各土层天然重度的加权平均值（KN/m3）；Ncp、Nqp——地基极限承载力系数；用普朗特尔公式，Ncp、Nqp如下：──支护桩底处土的内摩擦角（0）KL──抗隆起安全系数；考虑图中A'B'面上抗剪强度抵抗隆起作用未考虑，固安全系数KL可取低一些，要求KL≥1.1~1.2。计算隆起稳定性示意图查地勘报告有各土层物理力学指标：天然容重γ1=18.9（g/cm3），γ2=20.7（g/cm3）。支护墙底处土的内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。钢板桩插④粉土（Q4al+pl）即停止，地面超载q0=20KN/m2。代入以上各项数据有求得Nqp=7.83=16.91沟槽开挖深度为h0=4.9m，插入土深度D=3.6m。经以上计算钢板满足坑底隆起稳定性要求。结语：通过对西环北路污水管道基坑钢板桩施工的总结，避免同类错误在日后施工中发生，为以后的同类工程施工提供经验，提高桩工程质量和工作效率。参考文献：[1]JTG120-2012建筑基坑支护技术规程.中华人民共和国住房和城乡建设部，2012-10-01[2]简明施工计算手册(第四版).中国建筑工业出版社.江正荣朱国梁[3]路桥施工计算手册.人民交通出版社.周水兴何兆益邹毅松[4]基坑工程手册（第二版）.人民交通出版社.刘国彬王卫东9/9