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1、污水管道深基坑钢板桩选用中交四公局山水工程有限公司王永强摘要：京津中关村科技城市政基础及其一期配套工程EPC总承包项目包含16条市政道路， 其中主干路多有配套排水设施，而深基坑施工为危险性较大工程，经过对污水管道基坑施 工的技术总结，为以后的同类基坑施工提供经验，提髙工程质量质量和工作效率。关键词：基坑钢板桩污水管道 排水一、工程概况西环北路规划为城市主干路，长1.939km,污水管铺设里程为K0+100-K1+870,污水 管道直径为DN400DN500mm,沟槽开挖深度最大4.9m。西环北路污水管道沟槽开挖深度不足5m,但地下水位较高，地层主要为耕植上/素填 (平均厚度1.08m)、粉质粘
2、丄/黏土(平均厚度：1.96m)、粉质粘土(平均厚度：3.01m):沟槽开挖时根拯实际地址情况，采用钢板桩防护。选取污水管逍开挖最不利情况：段落桩号管道名称地而实测髙程(m)沟槽底高程(m)高差(m)备注K0+100-K1+280及其他地质不良段西环北路污水管道5.20.34.9二、钢支撑结构形式为了确保沟槽开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩墙体支撑体系尤为重要。具体支撑及安装位巻见9.3相关图纸，支撑结构材料如下：1) 钢板桩支护墙体坡顶处采用300*300的H型钢围楝。在钢板桩竖向放出I羽梯安装 位置，每隔3m焊接牛腿1个。2) 钢板桩支撑体系采用内支撑，支撑体系采用325*6nmi钢管，间距5
3、m三、参数信息1、钢板桩长9m,拉森钢板桩的主要性能参数见下表：型号Typo尺寸规格Dimensions单根钢板柱Per plio单根每米垦宽Per Lm of pile vail width剜埶mmnm加i/tmmcm 2理论重加Kg/m惯性矩 cm4城面按数 cm3枝面积 cm2/mJ论巫址Kg/m2惯性矩 cm4/m戏面模数 cm4/msp-n40010010561.184812401521531208740874sp-m4001251376.42602220223191150168001340SP-IV40017015596.9976.14670362242.5190386002270
4、SP-VL50020024 3133.81057960520267.621063003153SPVk5002252761531201140068030624086003820sp-nw60013010378.761.82110203131.2103130001009sp-mw600180134103 981 652203761732136324001809SP-Rrw60021018135.3106S630539225.5177567002709钢板桩示意图及钢板桩带I堰示意图见下图。钢板桩锁口2、地质参数1）上层分布情况:按照其形成年代、成因类型从上至下共分为8个岩土大层，按岩性特征及其物理
5、力学 指标可进一步划分为15个工程地质亚层。现对各工程地质层特征自上而下分述如下： 1耕植上/素填土（Qi）：灰黄色，黄褐色，稍湿，可塑，土质不均，以粘性上为 主，含较多植物根茎及砂颗粒。该层分布连续，在拆迁废区中多为素填上。层顶高程 424815m,平均髙程5.78m,层厚020260m,平均厚1.08m 粉质粘上/粘土（Qf+Pi）：黄褐色,可塑，土质均匀，切面光滑，局部夹姜石。该 层分布连续，层顶高程297603m,平均高程4.68m,层厚090370m,平均厚l96im 容重值：2OKN/m3：内摩擦角值：22；粘聚力C=23KPa。 粉质粘丄（Q4a,+p,）:灰黄色，饱和，可塑-软
6、塑，局部流塑，粉粒含量较高。该层 分布连续，层顶髙程-2.14-4.5lm,平均髙程2.31m,层厚1.00-6.10m,平均厚3.01 nn容 重值：20KN/n?；内摩擦角值：22；粘聚力C=23KPa。 粉丄/粉砂（QfHI）：灰黄色，饱和，该层分布不连续，层薄，多为夹层，仅部分 钻孔揭爲。层顶髙程O35m233m,平均高程1.31m,层厚0.30-1.20m,平均厚0.72m,容 重值:21KN/m3；内摩擦角值:30；粘聚力C=10KPa 粉上（Q严诃）：灰色，灰黄色，湿，稍密-中密，土质不均，切而粗糙。该层分布 不连续，层顶高程-2.82m-3.52m,平均髙程-0.15m,层厚0
7、.60370m,平均厚l63m。容 重值：20KN/m3：内摩擦角值：30；粘聚力CTOKPa。I淤泥质粘上（Q泸中）：灰色，饱和，流塑，上质均匀，切而光滑，夹粉上薄层。 该层仅BZ9号孔揭露，层顶高程-0.69m,层厚1.50m。容重值/ : 16KN/m内摩擦角值 ： 8.37：粘聚力C=5.25KPa。经各层土加权平均，上的密度丫 =1.89 （g/cm3）,粘聚力 c=15KPa,内摩擦角 p=2003、荷载参数沟槽顶边1.2m外有土方、材料等堆放以及机械因素，综合考虑荷载q=20KPao四、钢板桩插入深度1、地面荷载q=20KPa。2、沟槽开挖深度本工程沟槽开挖深度4.9m。3、主动
8、土压力系数 Ka =tan2 （45-2072） =0.49, 辰=0.7；按市政工程施工计算实用手册（以下计算公式均来自本手册）式（37-36）计算被动丄圧力系数，6=2/3,被动上压力内摩擦角取13系数（丄的内摩擦角可酌情调整,在密集群桩深度范围内,乘以1.2-1.4） , =13=26； 6=2/3=13.34；Kp= tan2 （45+2072） =2.041）根据朗金上压力理论：最大主动土压力强度乞=刈+ X）& - 2c扳式1;最大被动土压力强度5 = 心 + 2。正式2：h 一沟槽开挖深度；兀一钢板桩入上深度：2）最大主动土压力詔曲“式3;Eq =纟（力 + xka式4：1=ex
9、2卩式5：取支撑点5 = 0：得彳（力+兀）一人）其中力。为内支撑距钢板桩顶而距离，根拯现场实际情况，本工程取如=0m。3）支撑反力Ta根据平衡得支撑反力Ta=Ea+Eq-Ep式7；2、浅埋单层支点桩墙顶端支撑法计算最大主动土压力强度=y + x)匕2c#7= 18.9* (4.9+x) *0.49-21 =9.26 (4.9+x) -21KPa最大被动土压力强度eP = kp + 2乙#7 =38.56x+42.6 KPa即：1 1 = - ejji + X)= - x (9. 26 x (4. 9+x)-21) (4. 9+x)=4. 63(4. 9 + x) 一 10. 5(4. 9 +
10、 x)Eq = q(h + x)ka = 20 x 0. 49(4. 9 + x) =48. 02 + 9. 8x:E =】& x = x (38. 56-y + 42. 6)at=19. 28q + 21. 8-yp 2 p 2将以上公式代入式6,解一元三次方程得钢板桩入上深度 =2.47m,施工时尚应乘以K=l.1-1.5,本工程取K=1.2,则钢板桩长=4.9+1.2*2.47=7.86nio 施工时取9m长钢板桩即可。取钢板桩插入深度x=2.47 m,5=1 eh + x)二4. 63(4. 9 + 一 10. 5(4. 9 + x)所以：*2 =174.10KN/m：E = q(h
11、+ x)k = 20 x 0. 49(4. 9 + x =48. 02 + 9. 8xcv7=7223KN/m；E =】& x = x (38. 56-y + 42. 6)at=19. 28q + 21. 8-yp 2 2=171.47KN/m；故 TA=Ea+Eq-EP=74.86KN/m=Ra：3、求最大弯矩Mna和钢板桩选型最大弯矩发生于剪力为零处，设从桩顶往下y处剪力为零，则 | yKx + qKay - 7?a = 0求得y=3.1mCW - h）- | qKay2 - | yKfMk26求得 MnUX=139KN m即每延米桩体承受的最大弯矩为139KNm,发生于桩顶下3m处。根据
12、求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力（参见公路桥梁钢结构及木结构设计规 范，一般取f=170-200N/mm-），即可选择板桩的截而、型号。最大应力计算值o= MWp=139000/2270*l =61.23 N/mnr200 N/mm2英中0-钢板桩截而抵抗矩折减系数，当桩顶设有整体囤揀时取片1,不设置时取卩=0.7： 选择9m拉森IV型钢板桩，入上深度3.6m，沟槽深度4.9m,露出地而0.5m。五、围橡、内支撑验算1）钢囤梯拟采用300*300的H型钢，支撑体系采用325*6inm钢管，详见沟槽防护 支撑布置图，首先施工钢板桩，帀梯、内支撑等随开挖随施工。2）本次验算取內支撑的间距l=5m
13、,简略计算如下图：作用线荷载q=TA=74.86kN/m：最大弯矩 M=0.1ql2=0.1 *74.86*52=187.15KNin：300*300的H型钢最大弯曲应力:於187. 15 * 10!二2工 1370 + 10r=136. 6N/miR2(7 = 215N/mmz满足强度要求；300*300的H型钢刚度:=7- 2 甌 = = 12-如_ qP _74.86 * 50001150刃 _ 150 * 2. 1 * 105 * 20500 * 101满足刚度要求。3）内支撑强度验算：内支撑采用325mm钢管，单根的轴力为N=74.86*5=374.3KN.325钢管最大弯曲应力:=
14、62. 25N/mm2l.l-1.2o査地勘报告有各土层物理力学指标:天然容重yi=18.9 （g/cmJ , 丫2=20.7 （g/cnP） o 支护墙底处上的内摩擦角值： 22：粘聚力C=23KPa。钢板桩插粉土（Q严E）即停止，地而超载q0=20KN/m2o代入以上各项数据有=伽2（45+号）严叩求得Nqp=783M=（N_l）/tan0= 16.91沟槽开挖深度为h0=4.9】m插入上深度D=36m乙（九 + ）+ Q=20. 7 x 3. 6 x 7. 83 + 23 x 16. 91 _ 5 3g2 218. 9 x （4. 9 + 3. 6） + 20经以上计算钢板满足坑底隆起稳立性要求。结语：通过对西环北路污水管道基坑钢板桩施工的总结，避免同类错误在日后施工中 发生，为以后的同类工程施工提供经验，提髙桩工程质量和工作效率。參考文献：1 JTG 120-2012建筑基坑支护技术规程.中华人民共和国住房和城乡建设部，2012-10-012 简明施工计算手册（第四版）中国建筑工业出版社江正荣朱国梁路桥施工计算手册人民交通出版社周水兴何兆益邹毅松基坑工程手册（第二版）-人民交通出版社.刘国彬王卫东