双排钢板桩支护结构在河涌整治工程中的应用

双排钢板桩支护结构在河涌整治工程中的应用

单联君

单联君ShanLianjun（广州市市政工程设计研究院，广州510060）

摘要：结合工程实例，对双排钢板桩自身特点的分析，阐述了工程设计中需要计算的内容，可供工程人员参考。

关键词：双排钢板桩；河涌整治；支护结构

中图分类号：TU99文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）01-0193-02

1工程概况

沙河涌是广州市区较大的排涝河涌，其中沙河涌左直流为元岗桥至耙齿沥水库，长约2.4km。考虑到沙河涌两岸属密集居民区，分布有学校、医院、停车场等众多设施，不少建筑物为临涌、甚至占涌而建，给沙河涌整治工程的拆迁、施工带来较大难度。本工程任务包括沙河涌上游左、右支流水利堤岸的设计工作。水利堤岸按二十年一遇标准整治，堤防工程级别为4级，整治工程范围为沙河涌元岗桥以上的左右支流，整治河涌长度为4.6km；其中左支流整治水利堤岸长度2.4km（其中左支流1+024.4～1+187.9白天鹅段已建混凝土U型槽）；右支流整治水利堤岸长度2.2km（右支流长度为3622.8m：南方医院大桥至雄洲商业广场段长度1451m，为暗渠暂不整治）。

由于该段河涌地处上游，根据设计纵断面，部分河床底距现状地面7m以上，局部甚至10~12m。由于受现场用地条件限制，不能进行放坡开挖。基槽开挖深度又超过常规单排钢板桩支护结构能保障深度，若采用钢筋混凝土桩进行支护，则工程费和工期都难以接受，最终确定采用双排钢板桩支护结构进行基槽支护开挖。

2分析计算体系

根据双排钢板桩复合支护结构的受力特点，其结构设计应包括墙体稳定分析计算、板桩强度计算和锚定拉结计算。

2.1墙体稳定分析计算

设计计算时可将板桩及中间的土体视为一整体，类比于水泥土重力式挡墙，用常规方法即可计算其抗滑、抗倾及整体稳定性，但计算过程中不考虑挡墙本身强度及变形。

2.2板桩强度分析计算

当场地条件允许时，两排钢板桩之间的距离应大于支护深度与土体破裂角余切值的乘积，即后排钢板桩要设置在桩间土破裂角范围之外，此时前排钢板桩受力模式即为顶部设置拉锚的板桩结构。当后排钢板桩设置在破裂角范围之内时，前排钢板桩所受压力为有限土压力，理论上小于前一种情况所受土压力，但考虑到钢板桩支护结构本身变形较大，测试后排钢板桩后侧土体也会因足够变形产生主动土压力，此部分土压力通过两排钢板桩之间的连结杆件以及中间的土体传递到前排钢板桩上，所以此种情况下双排钢板桩支护结构变形较前一种大一些。更为极端的情况是双排钢板桩之间的距离过小，不能将板桩及中间的土体视为一整体，此时可将双排钢板桩当成一种叠合结构计算，计算模式为单排悬臂结构，抗弯刚度可取两排钢板桩抗弯刚度之和乘以一定的折减系数。

工程设计的双排钢板桩复合支护结构的内外侧钢板桩一般同种材质，且长度一致，因外侧钢板桩受力大于内侧，可只对外侧钢板桩进行分析计算。

2.3锚定拉结计算

双排钢板桩复合支护结构顶部的锚定拉结一般螺栓拉结，其中螺栓可采用直径28以上的二级钢筋现场制作。设计中除需要验算拉杆的抗拉强度外，还需验算固定拉杆的腰梁强度，腰梁可看做已拉杆为支点的连续梁。拉杆的腰梁通常采用角钢制作。

3计算实例

以沙河涌右支流1+000左岸设计断面如图1。该段河涌坡顶至现状河涌底高差约11m，坡顶为第一军医大学内车行道。对此类河涌堤岸基槽开挖绝对不允许放坡开挖。因此先对现状边坡进行修坡，在原挡墙顶部形成工作平台，然后施打双排钢板桩，中间用锚杆对拉，然后才进行挡墙基槽开挖。

3.1墙体稳定计算

将设计断面简化为重力式挡土墙，基槽以上7m，基槽以下5m，挡墙后1：1.5边坡高8.6m，边坡顶部考虑超载10kPa。利用库伦土压力经计算得：

第1破裂角：50.000（度）

Ea=509.978（kN）Ex=486.374（kN）Ey=153.353（kN）作用点高度Zy=2.064（m）

基槽面以下墙体外侧被动土压力为663.75（kN）

滑移验算满足:Kc=1.30>1.20。

倾覆力矩=1003.672（kN·m）抗倾覆力矩=1488.910（kN·m）

倾覆验算满足:K0=1.483>1.400。

3.2板桩强度计算

因为只计算外侧钢板桩强度，将双侧钢板桩简化为顶部设置拉锚的单排钢板桩。

设计采用拉森Ⅳ型钢板桩，截面容许弯矩约Mcmax=378kN·m，截面剪力约Vcmax=377kN。钢板桩截面验算满足。

3.3锚定拉结计算

计算拉结力为93.39kN。钢板桩之间的拉筋采用二级钢筋，直径28mm，间距1.2m。

桩顶采用2张角钢固定钢板桩端部，角钢尺寸为160mm×100mm×10mm，可视为承受均布荷载的连续梁。均布荷载q=82kN/m，对角钢产生的弯矩：M=1/11×82×1.22=10.7kN·m

2条角钢的抗弯模量：W=124.26cm3

设计抗弯拉强度：fy=210N/mm2

可承受最大弯矩：Mmax=fy×W=210×124.26×10-3=26.1kN·m>M×1.25（满足设计要求）。

4结语

该段河涌堤岸已按设计顺利施工完毕，工程造价和工期都得到保障。

通过分析双排钢板桩支护结构自身特点，说明了双排钢板桩支护结构的受力特点，并结合工程实例分析计算了该结构需要计算的内容，希望对于河涌挡墙基槽开挖设计有一定的指导意义。

参考文献：

[1]尉希成.支挡结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.

[2]余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[3]JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].