钢板桩支护分析和稳定计算

摘 要：现以天津干线天津4段输水箱涵为例，介绍了基坑开挖钢板桩垂直支护的设计，根据钢板桩的实际受力状况建立力学模型，通过理论计算，确定钢板桩的实际受力及支护结构的稳定性，以确保支护结构的精确性和安全性，从而满足工程施工需要。着重从作用于板桩上的土压力强度及压力分布、计算反弯点位置、计算反弯点位置计算钢板桩的最小入土深度、钢板桩稳定性验算等几个方面进行理论计算分析。此外还简单介绍了钢板桩的施工工艺和方法，及在施工过程中的注意事项。在工程施工过程中密切关注钢板桩位移情况，通过测量人员定期对钢板桩位移进行测量观测，进行统计分析得出钢板桩位移距离均在允许范围之内。受力分析和安全稳定计算为钢板桩施工提供有利的理论基础，为了输水箱涵顺利施工奠定了基础。

关键词：钢板桩；受力；支护；设计；分析

Steel sheet pile supporting analysis and stability calculation

Yang Shiguo

Abstract: now in Tianjin Tianjin Trunk 4 water box culvert for example, introduces the excavation sheet pile vertical bracing design for steel sheet pile, according to the actual stress condition of establishing mechanical model, through theoretical calculation, to determine the actual stress of steel sheet pile and the stability of supporting structure, in order to ensure that the supporting structure accuracy and safety, so as to meet the need of project construction. Emphasize from acting on the pile soil pressure on the strength and stress distribution, calculation of inflection point position, calculation of inflection point position calculation of minimum depth of steel sheet pile, steel sheet pile checking computations of the stability of several aspects such as the theoretical calculation analysis. In addition also simply introduced the steel sheet pile construction technology and method, and the matters needing attention during the construction. In the course of project construction pay close attention to the problem of steel sheet pile displacement, by measuring the staff regularly on steel sheet pile displacement observation, statistical analysis of steel plate pile displacement distance are within the scope of the permit. Stress analysis and security stability calculation for steel sheet pile construction to provide a favorable theoretical basis, in order to water box culvert construction laid a foundation.

Key words: steel sheet pile; stress; support; design; analysis of

1 引言

由于多数水利施工单位一般进行野外施工，遇到须在边坡支护条件下开挖的情况较少，需支护的地段常常凭感觉或草率参照其他项目的支护方案，对基坑进行粗略支护。这种做法往往会因工作人员经验不足、现场地质情况复杂而出现意外，对工程质量及生命财产造成威胁。因此，对基坑进行科学、合理地支护，是保证工程质量，维护人身安全，减少财产损失的必要措施。

基坑的支护形式和所选材料种类很多，应根据项目的具体情况采用合理的支护方案，本文以天津干线天津市4段边坡支护为例，着重通过对钢板桩支护的受力分析【2】，计算方法及施工步骤作了详细阐述。

2 主要计算内容

钢板桩支护设计中主要进行以下计算：①钢板桩内力计算。②支撑系统内力计算。③稳定性验算【3】。

3 钢板桩支护计算

3.1 工程概况

天津干线天津市4段项目位于天津市境内，由输水箱涵段、星光路公路涵、外环河出口闸3大部分组成。设计流量18 m3／s，加大流量28 m3／s。

本工程土方工程主要工程量：土方开挖：78.81万m3，土方回填：63.75万m3。根据设计要求，本工程在桩号XW151+021.365～XW151+614和XW151+664～XW152+036处设置钢板桩对开挖基坑进行单侧支护，在桩号XW152+740～XW152+930处设置钢板桩对基坑进行双侧支护。

根据施工地区地质资料【4】知基坑内、外土的天然容重加权平均值，均为：18 kN/m3；内摩擦角加权平均值Φ：20°；黏聚力加权平均值C：18 kPa；基坑开挖对钢板桩稳定性要求最高的断面如图1。

图1 主体干线输水箱涵断面图

以图2钢板桩布置型式进行钢板桩稳定性计算。

图2 钢板桩稳定性计算布置示意图

3.2作用于板桩上的土压力强度及压力分布

因钢板桩表面竖直、光滑，墙后填土面水平，符合郞肯土压力条件，故有：

式中：Ka—主动土压力系数；Φ1—土体内摩擦角【5】。

表面土压力强度为：

式中：δa—表面土压力强度；q—土体表层均布荷载，因土体表面没有均布荷载故q=0；Ka—主动土压力系数；c1——土体黏聚力【5】。

由于开挖施工前进行了降水作业，土方施工在干场上进行则底层土压力为：

式中：δb—表面土压力强度；Ka—主动土压力系数；c1—土体黏聚力。

则压力分布图见图3。

图3 钢板桩压力分布图

3.3计算反弯点位置