鋼板樁在某大沖基坑支護結構設計中的應用

肖祥明 龔治東 李仁民

在地下室的基坑支護結構中,常用形式有水泥攪拌樁,土釘墻,排樁支護等。鋼板樁又是排樁擋土支護結構中的一種。因在我國未大面積使用,故在現有的有關基坑支護規范中所占篇幅甚少,具體的計算實例在各種基坑支護設計與施工的著作、書籍里也很少有。而鋼板樁支護可重復使用,工程造價合理,施工簡便,速度快,工地現場整潔無污染,施工完畢基本不留下地下障礙物,它既能擋土又能止水的優點愈來愈得到甲方、設計、施工各單位的采用。擬建工程為某汽車裝配車間大沖沖壓設備基礎,基坑長約42.0 m,寬10.0 m,挖深6.0 m。開挖影響范圍內主要土質條件為0 m～2.0 m為素填土,2 m～2.8 m為黏性土,2.8 m～6.5 m為淤泥質黏土,之下為黏性土。

1 鋼板樁支護結構設計

1.1 基坑支護設計參數

設計主要比選了鉆孔灌注樁懸臂+雙軸深攪樁止水方案和鋼板樁方案,經比較鋼板樁方案較經濟(造價僅為排樁+止水方案的1/3),且施工周期短,因此決定采用鋼板樁支護方案。鋼板樁平面布置圖見圖1。主要土層及基坑支護設計參數見表1。

1.2 變形及內力計算

根據JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程,土壓力模型分別為彈性法土壓力模型和經典法土壓力模型,計算得到各個工況的變形、彎矩和剪力分布圖,最不利工況為工況3,其內力及變形見圖2。

表1 土層基坑支護設計參數

1.3 穩定性計算

1)整體穩定驗算。計算方法:瑞典條分法;應力狀態:總應力法;條分法中的土條寬度:0.40 m。計算得到整體穩定安全系數Ks=2.163;其中圓弧半徑R=13.892 m;圓心坐標 X=-1.378 m;圓心坐標Y=7.778 m。

2)抗傾覆穩定性驗算。Ks=Mp/Ma。其中,Ks為抗傾覆安全系數;Mp為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩,對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定;對于錨桿或錨索,支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。安全系數最小的工況號:工況3。最小安全系數Ks=13.363≥1.200,滿足規范要求。抗隆起和管涌均滿足規范要求。

1.4 嵌固深度計算

按JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程單支點結構計算支點力和嵌固深度設計值hd。

1)按ea1k=ep1k確定出支護結構彎矩零點hc1=0.500。

2)支點力 Tc1可按下式計算:

其中,hT1=5.500 m;Tc1=72.729 kN。

3)hd按公式:

其中,β=1.200;γ0=1.000;hp=1.485 m;∑Epj=537.449 kPa;ha=4.558 m;∑Eai=267.038 kPa。

得到 hd=3.7 m,hd采用值為6.0 m。

2 鋼板樁支護結構施工

該工程鋼板樁支護結構施工于2008年6月進行,施工方法及程序為:平整現場,施工放線;在施打鋼板樁位置開挖深1.5 m基槽;搭設地面導向架,鋼板樁排板;采用屏風式振動打入鋼板樁,樁長12 m。沿基坑邊約100延米僅施工了 10 d左右,在地下室開挖和主體施工期間,滿足擋土止水支護要求,在地下室主體施工完畢,土方回填后,拔出了所有的鋼板樁,全部回收待重復使用。基坑施工期間周圍變形監測表明,旁邊的廠房立柱水平位移極小,說明整個支護結構是穩定的。

[1]趙志縉,應惠清.簡明深基坑工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.

[2]JGJ 120-99,建筑基坑支護技術規程[S].