武汉东湖通道工程超长钢板桩围堰稳定性计算分析

摘要：结合武汉市东湖通道工程超长钢板桩围堰实例，对该围堰结构的土压力、钢板桩入土深度、拉杆内力、钢板桩内力、钢板桩抗剪稳定性、钢板桩抗倾稳定性、钢板桩抗滑稳定性进行了计算及验算，并得出了东湖通道超长钢板桩整体稳定的结论。

关键词：钢板桩；围堰；稳定性

中图分类号： TU74文献标识码：A

1工程概况

武汉市东湖通道工程起于二环线水东段主线高架桥（红庙立交），止于鲁磨路与东湖东路交叉口，横贯东湖风景名胜区，线路由红庙立交接线桥梁段、东湖隧道段组成，全长约6.56公里。 其中湖中隧道段全长约4.943公里，采用明挖明挖法施工 。

由于施工地点处于湖中且采用明挖法施工，根据设计院要求采用双排超长钢板桩围堰形式并将双排钢板桩中间湖水抽干形成施工断面。

图1 围堰形式平面图

2 钢板桩围堰计算分析

2.1 计算条件

钢板桩围堰设计方案：围堰横断面宽度为7.68m，围堰迎水面及背水面均为Ⅳ拉森钢板桩，竖向钢板桩外侧设置横向通长10#槽钢，横向钢板桩之间采用φ28拉杆拉紧固结，间距为0.8m。围堰迎水面铺设防渗土工膜。围堰横断面如图2所示。

图2 围堰横断面图

2.2 钢板桩结构土压力计算

图3（钢板桩围堰水土压力计算简图）

1）主动土压力：。

其中，为主动土压力系数，。

堰芯粘土填筑层：；

；

2-2淤泥质粘土层：；

3-1粉质粘土层： ；

求Ea值及其作用点

Ea作用方向水平指向挡墙，作用点距挡墙底的高度为：

2）被动土压力：。

其中，为被动土压力系数，。

堰芯粘土填筑层无被动土压力。

2-2淤泥质粘土层：

3-1粉质粘土层：

求EP值及其作用点

EP作用方向水平指向挡墙，作用点距挡墙底的高度为：

3）水压力：

Ew作用方向水平指向挡墙，作用点距挡墙底的高度为：

2.3 钢板桩入土深度验算

由主动土压力、被动土压力、水压力对拉杆安装点力矩[1]。满足要求。

2.4 拉杆内力验算

拉杆与钢板桩内力采用变位法计算，计算简图如图3所示。

图3（拉杆及钢板桩内力计算示意图）

钢板桩迎水面与背水面由于外力作用产生变位，在拉杆处的内向变位相等。

令=，=，得：

其中， ,

经计算，拉杆拉力 ,根据设计资料，拉杆采用28钢筋，，拉杆间距0.8m，取安全系数，故：

拉杆的轴向拉力设计值为：

，满足要求。

2.5 钢板桩内力验算

在开挖面淤泥质粘土顶标高+16.30处，钢板桩弯矩最大。

经验算，钢板桩的内力，满足强度要求。

2.6 钢板桩抗剪稳定性验算

抗剪稳定采用下列Terzaghi公式进行计算[2]：

式中：B=7.68m；内摩擦角=40°；经计算，Ea=1346.6KN；M=7177.378KN·m；

K=0.806＞0.7，满足要求。

2.7 钢板桩抗倾稳定性验算

抗倾稳定应满足下列公式[2]：

式中：G=552.96kN；T=285kN。

计算得出K=18.716，满足要求。

2.8 钢板桩抗滑稳定性验算

抗滑稳定应满足下列公式[2]：

式中：；=0；f为摩擦系数，其值为0.193；S为每排钢板桩的抗剪力，其值为3100kN。

计算得出K=9.691，满足要求。

3 结语

经过上述验算，可以得出东湖通道工程钢板桩围堰结构设计整体是稳定的，能够满足后期施工要求。

参考文献：

[1] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.

[2] 周连有.双排钢板桩围堰设计实例[Z].天津市交通委员会.