摘 要：現以天津干線天津4段輸水箱涵為例，介紹了基坑開挖鋼板樁垂直支護的設計，根據鋼板樁的實際受力狀況建立力學模型，通過理論計算，確定鋼板樁的實際受力及支護結構的穩定性，以確保支護結構的精確性和安全性，從而滿足工程施工需要。著重從作用于板樁上的土壓力強度及壓力分布、計算反彎點位置、計算反彎點位置計算鋼板樁的最小入土深度、鋼板樁穩定性驗算等幾個方面進行理論計算分析。此外還簡單介紹了鋼板樁的施工工藝和方法，及在施工過程中的注意事項。在工程施工過程中密切關注鋼板樁位移情況，通過測量人員定期對鋼板樁位移進行測量觀測，進行統計分析得出鋼板樁位移距離均在允許范圍之內。受力分析和安全穩定計算為鋼板樁施工提供有利的理論基礎，為了輸水箱涵順利施工奠定了基礎。

　　關鍵詞：鋼板樁,受力,支護,設計,分析

　　1 引言

　　由于多數水利施工單位一般進行野外施工，遇到須在邊坡支護條件下開挖的情況較少，需支護的地段常常憑感覺或草率參照其他項目的支護方案，對基坑進行粗略支護。這種做法往往會因工作人員經驗不足、現場地質情況復雜而出現意外，對工程質量及生命財產造成威脅。因此，對基坑進行科學、合理地支護，是保證工程質量，維護人身安全，減少財產損失的必要措施。

　　基坑的支護形式和所選材料種類很多，應根據項目的具體情況采用合理的支護方案，本文以天津干線天津市4段邊坡支護為例，著重通過對鋼板樁支護的受力分析【2】，計算方法及施工步驟作了詳細闡述。

　　2 主要計算內容

　　鋼板樁支護設計中主要進行以下計算：①鋼板樁內力計算。②支撐系統內力計算。③穩定性驗算【3】。

　　3 鋼板樁支護計算

　　3.1 工程概況

　　天津干線天津市4段項目位于天津市境內，由輸水箱涵段、星光路公路涵、外環河出口閘3大部分組成。設計流量18 m3/s，加大流量28 m3/s。

　　本工程土方工程主要工程量：土方開挖：78.81萬m3，土方回填：63.75萬m3。根據設計要求，本工程在樁號XW151+021.365～XW151+614和XW151+664～XW152+036處設置鋼板樁對開挖基坑進行單側支護，在樁號XW152+740～XW152+930處設置鋼板樁對基坑進行雙側支護。

　　根據施工地區地質資料【4】知基坑內、外土的天然容重加權平均值 ， 均為：18 kN/m3;內摩擦角加權平均值Φ：20°;黏聚力加權平均值C：18 kPa;基坑開挖對鋼板樁穩定性要求最高的斷面如圖1。

　　以圖2鋼板樁布置型式進行鋼板樁穩定性計算。

　　3.2 作用于板樁上的土壓力強度及壓力分布

　　因鋼板樁表面豎直、光滑，墻后填土面水平，符合郞肯土壓力條件，故有：

　　式中：Ka—主動土壓力系數;Φ1—土體內摩擦角【5】。

　　表面土壓力強度為：

　　式中：δa—表面土壓力強度;q—土體表層均布荷載，因土體表面沒有均布荷載故q=0;Ka—主動土壓力系數;c1——土體黏聚力【5】。

　　由于開挖施工前進行了降水作業，土方施工在干場上進行則底層土壓力為：

　　式中：δb—表面土壓力強度;Ka—主動土壓力系數;c1—土體黏聚力。

　　則壓力分布圖見圖3。

　　3.3 計算反彎點位置

　　假定鋼板樁上土壓力為零的點為反彎點，設其位于開挖面以下y處，則有：

　　整理得：

　　= 式中：y—基坑底部至鋼板樁上土壓力為零點距離; ， —坑內外土層的容重加權平均值;H—基坑開挖深度;Ka—主動土壓力系數;Kpi—放大后的被動土壓力系數。

　　由以上計算可知，鋼板樁上受力為零點至基坑表面距離為1.238 m，則上部鋼結構受力簡圖見圖4。

　　3.4 樁體的最大彎矩

　　由《上部鋼板樁受力簡圖》可得最大土壓力強度Qb為：

　　設最大彎矩處距鋼板樁插入地基處為x，則有：

　　由 得，最大彎矩Mmax為：

　　由以上計算可知最大土壓力強度Qb=75.23KN/m，最大力矩Mmax=256.41KN·m/m。

　　3.5 計算鋼板樁的最小入土深度

　　由等值梁法可求算鋼板樁的最小入土深度【6】，設樁的反轉點以下x為最小入土深度所在高程，則 t0=y+x 如樁端為一般的土質條件，應乘以系數：1～1.2即：

　　= (1～1.2)t0

　　取，則由得：

　　則：

　　式中：Qb—最大土壓力強度; ， —坑內外土層的容重加權平均值;Ka—主動土壓力系數;Kpi—放大后的被動土壓力系數;x —最小入土深度所在反轉點以下高度;t0—計算所得最小入土深度;t —實際最小入土深度。

　　由以上計算可知鋼板樁實際最小入土深度為4.46 m。

　　3.6 鋼板樁選型

　　采用36B型14 m工字鋼板樁，取折減系數 則：

　　式中：δmax—樁身最大應力;Mmax—鋼板樁所受最大彎矩;W—鋼板樁截面地抗矩;β—對鋼板樁截面抵抗矩的折減系數;[f]—鋼板樁抗折強度【7】。

　　由于樁身所受最大應力小于鋼板樁的抗折強度，可知36B型鋼板樁強度能夠滿足施工要求。

　　3.7 鋼板樁穩定性驗算

　　根據工程情況需要對基底抗隆起穩定性進行驗算【6】，以結構底平面作為求極限承載力的基準面，可由以下公式求抗隆起安全系數

　　式中： ， —坑內、外土層的容重加權平均值;c—樁底處地基土黏聚力;q—坑外地面荷載;H—基坑開挖深度;t—鋼板樁入土深度; 、 —地基承載力系數;Φ—樁底處地基土內摩擦角; —抗隆起安全系數，根據基坑重要性取值。

　　則有：根據設計規范抗隆起安全系數Ks應大于1.7，本工程Ks=1.81>1.7，滿足規范要求，能夠滿足鋼板樁穩定要求【8】。

　　由以上計算可知：標段雙側支護處采用鋼板樁入土深度大于4.46 m時，能夠滿足基坑穩定性要求，則最小樁長Lmin=4.46+7.30=11.76 m。因文中計算斷面為標段對鋼板樁施工要求最高的斷面，則工程全線采用L=14m鋼板樁能夠滿足基坑穩定性要求。

　　在具體施工過程中采用了保守的“一縱一橫”的施工方法施打鋼板樁，見圖5。同時在基坑結構方面在鋼板樁一側布置了深2 m左右的一級馬道，降低鋼板樁的凈高度增加鋼板樁的埋深，減小背后土壓力，進一步提高支護的安全性.

　　4 構造要求

　　①為防止接縫處漏水，在沉樁前應在鎖口處嵌填黃油、瀝青或其他密封止水材料，必要時可在沉樁后坑外注漿防滲。

　　②在基坑彎道處的支護鋼板樁，應根據彎道的平面形狀做成相應的異形轉角板樁，且轉角樁和定位樁適當加長。

　　5 鋼板樁支護施工過程

　　鋼板樁采用履帶式液壓挖土機KATO-1250帶VH-2000液壓振錘的錘機施打，施打前先查明地下管線、構筑物的情況，測放出支護樁中心線。在施打中考慮到鋼板樁較長，鋼板樁容易向一邊傾斜，由于傾斜誤差積累不易糾正，難以控制鋼板樁墻的平直度，所以鋼板樁施工擬采用屏風式打入法【10】。

　　5.1 鋼板樁施工的一般要求

　　①鋼板樁的設置位置要符合設計要求，便于混凝土箱涵基礎施工，即在基礎最突出的邊緣外留有支模、拆模的余地【11】。

　　②打樁前，對鋼板樁逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。

　　③基坑護壁鋼板樁的平面布置形狀應盡量平直整齊，避免不規則的轉角，以便標準鋼板樁的利用和支撐設置。

　　④整個基礎施工期間，在挖土、吊運、扎鋼筋、澆筑混凝土等施工作業中，嚴禁碰撞支撐，禁止任意拆除支撐，禁止在支撐上任意切割、電焊，也不應在支撐上擱置重物。

　　5.2 鋼板樁施工順序

　　鋼板樁位置的定位放線→挖溝槽→安裝導梁→施打鋼板樁→拆除導梁→清理錨桿處標高的土方→挖土→箱涵施工→回填石屑→拔除鋼板樁

　　6 結語

　　鋼板樁支護完成后，在工程施工過程中還密切關注鋼板樁位移情況，通過定期對鋼板樁位移進行測量觀測，位移數據在允許范圍之內，沒有發生任何安全事故，為輸水箱涵混凝土施工奠定了堅實的基礎。鋼板樁穩定計算對鋼板樁順利施工起到了至關重要的作用，在以后的鋼板樁穩定計算中還應考慮以下3點。

　　①當開挖面以下土質較好，鋼板樁入土深度不大時，單層支撐可簡化成簡支梁模型，多層支撐可簡化成連續梁模型，以方便計算。

　　②當地下水位較高，需考慮水壓力影響，土的容重應以浮容重計，同時計入水壓力，文中有關公式應做相應變更【12】。

　　③開挖基坑時，地面若存在超載，計算時應注意計入超載的影響。

　　參考文獻：

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