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1、格形钢板桩做深基坑支护设计研究格形钢板桩做深基坑支护设计研究 本文简介：摘要：本文以某工程实例参考水运行业的设计规范说明了用格形钢板桩做建筑工程深基坑支护的设计方法，提出了现行建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）中没有推荐的新方法，是大渗水量深基坑支护的有效方法之一。关键词：格形钢板桩;基坑支护某大厦共32层，地下室3层。地下室层高2.8米。净深8.4米，格形钢板桩做深基坑支护设计研究 本文内容：摘要：本文以某工程实例参考水运行业的设计规范说明了用格形钢板桩做建筑工程深基坑支护的设计方法，提出了现行建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）中没有推荐的新方法，是大渗水量深基坑支护
2、的有效方法之一。关键词：格形钢板桩;基坑支护某大厦共32层，地下室3层。地下室层高2.8米。净深8.4米，再加地下室底板厚度，基坑总深10米。建筑主体四周只有20米的施工面。该工程位于海滩上，地下水与海水相通。土层自上而下为细砂、粉质粘土和风化岩。细砂厚12米，粉质粘土厚6米，粉质粘土下面为风化岩。该基坑工程如果采用现行建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）中推荐的常规支护方法如喷锚支护法、单排钢板桩法、单排灌注桩支护法、双排钢板桩法等难度较大。由于细砂没有粘聚力，不能采用喷锚支护法；因为基岩埋深较浅并且要抵抗水压力，采用单排钢板桩支护法、单排灌注桩支护法和双排钢板桩支护法桩底端无法稳
3、定。根据上述水文、地质和工作面的特殊情况，本工程参照干船坞设计规范和格形钢板桩结构设计施工手册采用格形钢板桩支护法效果较好。格形钢板桩一般由单根0.4米宽的直腹钢板桩连接围成格形。格内充填砂石料，依靠本身的重量产生的摩擦力抵抗外侧的土压力和水压力。格体的宽度根据基坑的深度和水文、地质条件确定。由于能够自身稳定，可以沿钢板桩格的内侧垂直开挖，具有其它支护方法没有的优越性。格形钢板桩支护结构在设计时需要进行抗滑稳定计算、抗倾稳定计算、抗拔稳定计算、锁口拉力计算、地基稳定计算和整体稳定计算。一、格形选择格形钢板桩的平面形状有圆格形、扁格形、四分格形、扁圆格形等，如图1所示。各种格形钢板桩支护结构的特
4、点如下：1、圆格形优点：可以先做主格，后做辅格，施工中格体稳定性较好，并且钢板桩的用量与圆格的直径无关。缺点：圆格直径受到钢板桩锁口极限拉力的限制，不能做得太大，并且填充时只能先填充主格再填充辅格，要求的挖掘机臂较长。2、扁格形优点：钢板桩用量最省，且格形结构的宽度不受锁口极限拉力的限制，可以做得较宽。缺点：施工中各格需要同时填充，施工难度较大。3、四分格形优点：各格允许单独填充，结构宽度不受钢板桩锁口极限拉力的限制，施工中格体的稳定性较好。缺点：钢板桩用量较大。4、扁圆格形优点：可以连续做格体，逐个填充。缺点：锁口拉力较大，格体宽度受锁口极限拉力的限制。本工程基坑深度约10米，对于这种支护结
5、构来说不是很深，并且原始地面为海滩，可以先做钢板桩支护结构后开挖基坑，不必填充。所以，采用圆格形较合理。本例平面和剖面如图2所示。二、主要设计方法和参数（一）结构安全等级本钢板桩支护结构属于临时建筑物，属于级。（二）设计条件1、设计水位（按当地理论最低潮面计算）极端高水位：+2.66设计高水位：+1.83设计低水位：+0.03极端低水位：-1.452、工程地质从设计地面往下依次为细砂12米厚，粉质粘土6米厚，粉质粘土下面为风化岩。各层土的性质如表1。3、地震本地区抗震烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g。（三）荷载分析和计算方法1、自重：按照圆格换算宽度和填料容重计算，水下采用浮容重或者
6、饱和容重。2、土压力：按照库伦理论计算.对于无粘性土：（1）土自重产生的土压力：eaH=hKa（2）地面匀布荷载产生的土压力：eaqH=qKaKa=tan2(45-/2)对于粘性土：（1）土自重产生的土压力：eaH=hKa-2cKa0.5（2）地面匀布荷载产生的土压力：eaqH=qKaKa=tan2(45-/2)3、水压力：按照水深和比重计算。4、地面匀布荷载：取q=60kpa应注意的是由于圆格形钢板桩支护结构无底，其所受的扬压力仅为钢板桩本身受到的扬压力，可忽略不计。（四）结构计算1、圆格形支护结构直径的确定参照干船坞设计规范中的第二篇水工结构（JTJ252-87）中的第九章围堰与基坑，取圆
7、格直径D=0.8H(H为钢板桩高度，本例中H=18米)。因钢板桩每块宽度为0.4米，圆格直径应是0.4米的倍数，取D=14.77米，每个圆格由116根0.4米宽的钢板桩组成。2、抗滑计算参照干船坞设计规范中的第二篇水工结构（JTJ252-87）中的第九章围堰与基坑，第9.1.8条，以钢板桩底端为滑动面，抗滑安全系数按下式计算：Ks=(Gtan+BC+Ep)/H1.2式中：Ks-抗滑安全系数，G-圆格结构的自重，包括填料自重（KN/m）,H-作用于滑动面以上除Ep以外的所有水平力的合力（KN/m），B-计算滑动面的宽度（m），取B=0.85D,C-计算滑动面上的粘聚力（kpa），-计算滑动面上土
8、的内摩擦角（），本例中滑动面为桩底端，土层为粉质粘土，取=24.2，Ep-内侧钢板桩覆盖土的被动土压力（KN/m），取30%计算值。本例计算结果如下：（1）设计高水位：+1.83m时（2）设计低水位：+0.03m时根据以上计算结果，在设计高水位和设计低水位时，圆格形支护结构抗滑安全系数均大于1.2，抗滑安全性足够。3、抗倾计算采用重力法，以钢板桩内侧底端为支点，钢板桩折算宽度按B=0.85D计算，计算结果如表4和表5。（1）设计高水位：+1.83m时（2）设计低水位：+0.03m时4、抗剪稳定性计算格形钢板桩结构的抗剪计算模型和理论有很多种，有各种理论计算方法。本例桩端位于岩基，可参照干船坞设
9、计规范中的第二篇水工结构（JTJ252-87）中的第九章围堰与基坑，第9.1.9条，以基坑底平面的钢板桩格中心取力矩进行计算。抗剪安全系数按下式计算：Ks=(Sc+Ft)/QSc=H2Kctan/2Ft=FtHKc(H-d)fsQ=1.5M/B式中：Ks-抗剪安全系数，大于或等于1.25，Sc-中性面上填料的总抗剪力（KN），Ft-中性面上锁口的总抗剪力（KN），Q-中性面上的总剪力（KN），-填料重力密度（KN/m3）,-填料内摩擦角（），Kc-填料侧压力系数，取0.4-0.6，fs-钢板桩锁口间的摩擦系数，取0.3，H-基坑深度（m），d-锁口摩阻力最大处到基坑底的距离，取（1/4-1/2
10、）H（m）,M-水压力、土压力等外荷载对基坑底平面格形中心的合力矩（KNm）,B-格形支护结构的折算宽度（m）。（1）设计高水位+1.83m时，抗剪稳定性计算在设计高水位时各参数计算如表6。Ks=(Sc+Ft)/Q=（290.43+114.58）/325.04=1.25,安全（2）设计低水位+0.03m时，抗剪稳定性计算在设计低水位时各参数计算如表7。Ks=(Sc+Ft)/Q=（290.43+114.58）/299.36=1.351.25,安全5、抗拔计算本例支护结构为岩石地基，可以根据干船坞设计规范中的第二篇水工结构（JTJ252-87）附录十五的计算方法计算。结合本例的实际情况，抗拔安全系
11、数为：K1=B(Pw+Pa)fgs+Mp+Mw2/(Mw1+Ma)式中：K1-岩基上钢板桩抗拔安全系数，Pw-水压力（KN）,Pa-主动土压力（KN）,fgs-填料与钢板桩间的摩擦系数，B-支护结构的折算宽度，Mp-内侧被动土压力产生的弯矩（KN.m）,Mw2-内侧水压力产生的弯矩（KN.m）,Mw1-外侧水压力产生的弯矩（KN.m）,Ma-外侧被动土压力产生的弯矩（KN.m）。（1）设计高水位+1.83时，根据图2受力分析，抗拔稳定性计算如表8。抗拔安全系数K1=1.261.2,安全度足够。（2）设计低水位+0.03时，根据图3受力分析，抗拔稳定性计算如表9。抗拔安全系数K1=1.291.2
12、,安全度足够。6、钢板桩锁口拉力计算根据干船坞设计规范中的第二篇水工结构（JTJ252-87）附录十四，圆格形钢板桩在主格圆弧处，t1=PR；在主格与连弧的连接点，t2=PL/cos。式中：P-填料的水平拉力强度（kpa）,按照贮仓压力计算，R-圆格半径（m），L-两主格中心距（m）,t1-主格圆弧处锁口拉力（KN/m）,t2-主格与圆弧连接点处锁口拉力（KN/m）。根据本例的受力情况，计算结果如表10。从表10中可知，最大锁口拉力t=t2=1783.54KN/m,本例使用日本钢板桩YSP-F型，锁口极限拉力tu=4500KN/m,锁口强度安全系数：Kt=tu/t2=4500/1783.54=
13、2.52,安全！三、地基稳定计算对于非岩地基尚应进行地基承载力和沉降计算。本例地基持力层为风化岩，不必进行这两项计算。四、整体稳定计算对于非岩地基尚应进行地基整体稳定计算。本例地基持力层为风化岩，不必进行整体稳定计算。五、经济指标本例中钢板桩购买价8000元/吨，沉桩和拔桩费2500元/吨。钢板桩折旧按15%计算，折旧费1200元/吨。支护结构总造价3700元/吨。经济指标如表11。六、综合利用本支护结构在施工期作为基坑支护结构，为大厦基础和地下室的施工创造条件。在施工期结束后，如果不拆除，可以作为地下室的防渗结构。本工程地下水与海水相通，如果不做防渗结构，地下水量很大，需要由地下室的挡水墙承受水压力，墙体的断面和配筋量会较大，地下室墙的防渗做法要求也高，增加工程总造价。采用本钢板桩支护结构作为永久防渗设施，可以有效降低工程总造价。可以通过方案比选，择优采用。参考文献：1干船坞设计规范中第二篇水工结构（JTJ252-87）,交通部，1987年。2格形钢板桩结构设计施工手册，毛铠，中国计划出版社，1996年。3码头结构设计规范（JTJ167-2021）,交通运输部，2021年。作者：高倩 高增吉 单位：烟台市建筑设计研究股份有限公司 烟台金洋土木工程技术开发有限公司格形钢板桩做深基坑支护设计研究 第 8 页 共 8 页
