淺談鋼板樁在基坑支護(hù)工程中驗(yàn)算方法

淺談鋼板樁在基坑支護(hù)工程中驗(yàn)算方法摘要：對單層支點(diǎn)板樁墻等值的原理及計(jì)算鋼板樁在深基坑支護(hù)工程中的驗(yàn)算方法進(jìn)行淺談。關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算0前言在工程的建設(shè)上，需改造深埋污水管，而在這些工程中，很少有供應(yīng)地質(zhì)資料作為深基坑支護(hù)計(jì)算。在該部分深基坑中，如何進(jìn)行合理、有效的深基坑支護(hù)，并且供應(yīng)計(jì)算的理論依據(jù)，顯得非常重要。本文結(jié)合工程的擋墻基坑支護(hù)，探討鋼板樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用。1工程概況1.1本工程管線改造工程擋墻是在原有上改造擴(kuò)寬后建成，要求基坑挖深5米，寬11.4米，結(jié)構(gòu)如下圖1.2依據(jù)該工程的設(shè)計(jì)和實(shí)際狀況，先將基坑兩側(cè)的土方降低1米，使得基坑開挖深度H為4米，以滿意挖掘機(jī)能挖掘到河中間的土方。選用P200挖掘機(jī)，上部挖掘機(jī)荷載200KN。支撐位于墻頂處，間距4米。地質(zhì)為可朔的淤泥質(zhì)粘土，土體各層重力密度加權(quán)平均值r=18KN/m3,內(nèi)摩擦角φ=8o,粘聚力c=14Kpa,土體相對密度ρ為2.5,自然孔隙比e2設(shè)計(jì)驗(yàn)算2.1基本假定當(dāng)板樁墻的入土深度較大時(shí)，土體對入土部分的墻體起到了嵌固作用，此時(shí)支護(hù)墻體上端受到支撐的支承作用，下端受到土體的嵌固支承作用。并且假定反彎點(diǎn)位于土壓力強(qiáng)度為零的那一點(diǎn)，計(jì)算采納單層支點(diǎn)板樁墻的等值梁法。主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力采納朗金理論計(jì)算。板樁墻在土壓力的作用下產(chǎn)生變形，因而使土與墻體之間產(chǎn)生相對位移，產(chǎn)生摩擦力。由于板樁變形時(shí)墻前的土體破壞棱體向上移動(dòng)，而使墻體對土產(chǎn)生向下的摩擦力，從而使墻前的被動(dòng)土壓力有所增大；板樁墻變形時(shí)墻后的土體破壞棱體向下移動(dòng)，使墻體對土體產(chǎn)生向上的摩擦力，從而使墻后的被動(dòng)土壓力和主動(dòng)土壓力有所削減。為此，在計(jì)算中考慮板樁墻與土體的摩擦作用。將墻前和墻后的被動(dòng)土壓力分別乘以修正系數(shù)K和K＇。為了平安起見，一般對主動(dòng)土壓力不予以折減。所以，作用在板樁墻上的被動(dòng)土壓力系數(shù)按下式計(jì)算：板樁墻前：板樁墻后：被動(dòng)土壓力修正系數(shù)見下表1等值梁法被動(dòng)土壓力修正系數(shù)表1土體內(nèi)摩擦角φ40°35°30°25°20°15°10°K2.32.01.81.71.61.41.2K＇0.350.40.470.550.640.751.02.2設(shè)計(jì)2.2.1計(jì)算作用于墻體上的土壓力強(qiáng)度，并繪出土壓力強(qiáng)度分布圖2。查表1得K=1.1挖掘機(jī)的換算等代荷載為:主動(dòng)土壓力系數(shù)：Ka=tg2(45-φ/2)=0.756被動(dòng)土壓力系數(shù)：Kp=tg2(45+φ/2)=1.323板樁墻前修改后的被動(dòng)土壓力系數(shù)：2.2.2依據(jù)D點(diǎn)板樁前的被動(dòng)土壓力等于板樁后的主動(dòng)土壓力,得y=0.52m2.2.3按簡支梁計(jì)算上部墻體，其受力簡圖如圖3所示：由∑MD=0,有：TA*(3.5+0.52)=1/2*4.4*(0.756*18*4.4-2*14*0.756^1/2)*(4.4/3+0.52)+1/2*35.53*0.52*2/3*0.52∴TA=39.43KN/mPd=1/2*35.53*(4.4+0.52)-TA=47.97KN/m最大彎矩發(fā)生于剪力為零處，設(shè)距墻頂x0處剪力為零，則：1/2*x0*(rx0Ka-2cKa^1/2)=TA1/2*x0*(18*x0*0.756-2*14*0.756^1/2)=39.43x0=3.46m∴Mmax=TA*(x0-0.9)-(rx0Ka-2cKa^1/2)*1/2*x0*1/3x0=31.78*(3.46-0.9)-(18*3.46*0.756-28*0.756^0.5)*1/6*3.462=36.0KN﹒m/m故:支護(hù)墻體每延米的最大彎距為36.0KNm,支撐反力為39.43KN/m,假定支撐間距為4米,則每根支撐反力為2.2.4依據(jù)Pd和墻前被動(dòng)土壓力對板樁底端C的力矩相等的原理得:Pd*x=(Kp’*r*x+2c*Kp’^1/2)*x/2*x/3-(Ka*r*x-2c*Ka^1/2)*x/2*x/347.97*6=(1.456*18*x+2*14*1.456^1/2)*x-(0.756*18*x-2*14*0.756^1/2)*xx=2.20m∴t0=y+x=2.20+0.52=2.72m取平安系數(shù)K=1.2,得墻體入土深度為t=K*t0=1.5*2.72=4.0m2.2.5鋼板樁選型采納拉森Ⅲ鋼板樁,鋼板樁中心間距為80cm,W=1600*103mm3/m,〔f〕=170Mpa,取折減系數(shù)β=0.7,σmax=1.25*r0*2Mmax/βW=1.25*1.1*2*36.0*106/(0.7*1600*103)=88.40Mpa<〔f〕=170Mpa2.3穩(wěn)定性驗(yàn)算取鋼板樁長度為8米2.3.1驗(yàn)算基底抗隆起穩(wěn)定性考慮到支護(hù)墻度D/H=1.0,因此采納計(jì)及墻體反抗彎矩的圓弧滑動(dòng)面抗隆起法(一)進(jìn)行驗(yàn)算.滑動(dòng)力矩為Ms=1/2(rH+q)D2=1/2*(18*4.4)*42=633.6KNm/m抗滑動(dòng)力矩為Mr=Ka*tgφ*((1/2*rH2+qH)*D+1/2*qfD2+2/3*r*D3))+tgφ*(3.14/4*qf*D2+4/3*r*D3)+c*(HD+3.14*D2)+Mh=0.756*tg8*((1/2*18*4.42*4+1/2*18*4.4*42+2/3*18*43))+tg8*(3.14/4*18*4.4*42+4/3*18*43)+14*(4.4*4+3.14*42)+0.7*170*1.6=1718.80KNm/m∴抗隆起平安系數(shù)為:Ks=Mr/Ms=2.71滿意要求.2.3.2抗?jié)B流或管涌驗(yàn)算假定地下水位位于地面處,則坑底土體滲流水力坡度過I=hw/L其中hw=4m,L=hw+2D=4+2*4=12m則I=4/12=0.333而坑底土體臨界水力坡度ic=(ρ-1)/(1+e)其中ρ=2.5,e=0.8則ic=(2.5-1)/(1+0.8)=0.833所以,抗?jié)B流或管涌穩(wěn)定性平安系數(shù):Ks=ic/i=0.833/0.333=2.5滿意抗?jié)B流或管涌穩(wěn)定性要求2.3.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算驗(yàn)算最下道支撐以下的主動(dòng)、被動(dòng)土壓力繞最下道支撐點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是否平衡,如圖4.被動(dòng)土壓力系數(shù)采納改進(jìn)庫侖公式的簡化公式Kp=cos2φ/(1-(sin(φ+δ)*sinφ/cosδ)0.5)2=cos28/(1-(sin14*sin8/cos6)0.5)2=1.473Kph=cos2φ*cos2δ/(1-(sin(φ+δ))2=cos28*cos26/(1-sin14)2=1.688ep=∑rihi*Kp+2c*Kph0.5=18*4*1.473+2*14*1.688^1/2=142.434KN/m抗傾覆力矩為Mrc=ep*D/2*(3.5+D-D/3)=142.434*4/2*(3.5+4-4/3)=1756.69KNm/m傾覆力矩為Moc=(18*0.9*0.756-2*14*0.756^1/2)*7.5*7.5/2+(18*7.5*0.756-2*14*0.756^1/2)*7.5/2*2/3*7.5=1116.88KNm/m所以,抗傾覆穩(wěn)定性平安系數(shù):KQ=Mrc/Moc=1.57滿意抗傾覆穩(wěn)定性要求2.4支撐的強(qiáng)度驗(yàn)算采納φ273*6的圓形鋼管作為支撐,每4米設(shè)一根,每根長12米,支撐與圍檁的接點(diǎn)按鉸點(diǎn)計(jì)算；μl/r=12/0.094=128查得φ=0.418壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算：假定支撐偏心彎矩取最大計(jì)算,得:M=2*39.43*0.137=10.80KNm∴σ=N/ψA+M/W=157.72*10^3/0.418*5.03*10-3+10.8*103/(329*10-6)=107.83Mpa<〔f〕=170Mpa故滿意強(qiáng)度要求.2.5圍檁撓度驗(yàn)算ymax=5q*l4/(384EJ)=5*31.78*103*44/(384*2.1*1011*2700*10-8)=0.019m<L/1000=0.04m故圍檁