排桩支护方案

基坑悬臂式钢管排桩支护方案

吴 明 辉

摘  要：本文对省计量测试研究所恒温恒湿检测楼的基坑采用钢管排桩支护方法进行设计和校核

关键词：基坑支护  钢管排桩  土压力计算校核

根据《安徽省计量测试研究所恒温恒湿检测楼岩土工程勘察报告》，A-A’剖面孔，17.4m（2.3m）以上为杂填土，17.4m～15.7m（2.3～4m）之间为粉质粘土，15.7m以下为粘土；B-B’剖面孔，15.83m（4m）以上为杂填土，15.83m～15.23m（4～4.6m）之间为粉质粘土，15.23m以下为粘土。根据“土工试验成果报告”表中的6-1杂填土及粉土土样（深度为3.5m～3.8m）：重度：γ1 =18.8kN/m3, 粘聚力：c1 =17kPa，内磨擦角：φ1 =14.5°；6-2粘土土样（深度为5.0m～5.3m）：重度：γ2 =19.0kN/m3，粘聚力：c2 =25kPa，内磨擦角：φ2 =18.5°。具体位置见平面图1。±0.00m相当于BM=20.00m（绝对标高33.711m），基础底面－4.9m 。由于安徽计量测试研究所恒温恒湿检测楼东边地下管道的，该位置基坑开挖坡度不能满足施工安全要求，决定使用悬臂式钢管排桩支护。下面基坑支护设计以B-B’剖面孔做为本方案计算依据。

一、钢管排桩嵌入基底深度计算：

计算公式和依据根据中国建筑工业出版社出版的《建筑施工手册》〈第四版〉第1册第770～771页。

 基础的深度：h=4.9－（20－19.83）=4.73m；

杂填土及粉质粘土的重度：γ1 =18.8kN/m3；

杂填土及粉质粘土的粘聚力：c1 =17kPa；

杂填土及粉质粘土的内磨擦角：φ1 =14.5°；

杂填土和粉质粘土层的高度；

h1=19.83－15.23=4.6m；

杂填土及粉质粘土层主动土压力系数：

K a1=tg2(45°－)

=tg2(45°－)

=tg237.75°=0.60；

杂填土和粉质

杂填土及粉质粘土竖向应力最大值：

σa1=γ1h1 =18.8×4.6=86.48kN/m2；

杂填土及粉质粘土主动土压力水平荷载最大值：

ea1=σa1K a1－2 c1

=86.48×0.60－2×17×

=25.6kN/m2；

杂填土及粉质粘土主动土压力水平荷载为零时的深度：

  h0===2.3m；

基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，则取其值为零。

粘土的重度：γ2=19.0kN/m3；

粘土的粘聚力：c2=25kPa；

粘土的内磨擦角：φ2=18.5°；

粘土主动土压力系数：

K a2 =tg2(45－)= tg2(45°－)

=tg235.75°=0.52；

基坑以上粘土层的高度；h2=4.73－4.6=0.13m；

基坑以上粘土竖向应力平均值：

σa2=γ1h1＋γ2h2

= 18.8×4.6＋0.5×19.0×0.13

=87.72 kN/m2；

基坑以上粘土主动土压力水平荷载平均值：

ea2=σa2K a2－2 c2

=87.72×0.52－2×25×

=9.56 kN/m2；

基坑以下粘土：

排桩嵌入基底深度设定为：h3=2.5m；

基坑以下粘土竖向应力平均值：

σa3=γ1h1＋γ2h2= 18.8×4.6＋19.0×0.13=88.95kN/m2；

基坑以上粘土主动土压力水平荷载平均值：

ea3=σa3K a2－2 c2

=88.95×0.52－2×25×

=10.20 kN/m2；

主动土压力合力：

=ea1(h1－h0)＋ea2h2＋eal2h3

=×25.3(4.6－2.3)＋9.56×0.13＋10.2×2.5

=55.8kN/m；

合力的作用点至桩底的距离：

ha={ea1(h1－h0 )[h3＋h2＋(h1－h0 )]＋ea2 h2 (h3＋h2)＋ea3 h32}÷

 ×25.6×(4.6－2.3)×[2.5＋0.13＋×(4.6－2.3)]＋9.56×(2.5＋0.5×0.13)＋0.5×10.20×2.52}÷55.8

=2.8m；

粘土被动土压力系数：

K p =tg2(45＋)=tg2(45＋)=1.39；

粘土被动竖向应力平均值：

σp=γlh3=0.5×19.0×2.5=23.8kN/m2；

粘土被动水平荷载标准值：

ep=σp Kp＋2 c2

=23.8×1.39＋2×25×

=92kN/m2；

 = eph3=92×2.5=230kN/m；

被动土压力作用点至桩底的距离：

hp=hd=×2.5=0.83m；

hp－1.2 ha

=0.83×230－1.2×2.8×55.8

=3.4 kN/m2＞0；

排桩嵌入基底设计深度2.5m，满足施工要求。

建议钢管间距不得大于300mm，背后用20mm厚木胶板档土。

二、排桩钢管抗弯矩计算：

钢管间距为0.3米，上端采取拉杆固定，1.2米、2.4米和3.6米处用钢管打入土中做锚杆，基坑上部主动土压力：基坑外侧竖向力平均值：

杂填土及粉土：ea1=25.6kN/m2；

基坑以上粘土：ea2=9.56 kN/m2；

钢管间距：b=0.3m；

 基坑以上主动土压力合力：

×b=[ea1(h1－h0)＋ea2h2]×b

=[0.5×25.6×(4.6－2.3)＋9.56×0.13]×0.3

=30.7×0.3=9.2kN；

合力的作用点至基坑底的距离：

h’={0.5×ea1×(h1－h0)×[h2＋1/3(h1－h0)]＋

0.5ea2h22}÷

 ={0.5×25.6×(4.6－2.3)×[0.13＋1/3×

(4.6－2.3)]＋0.5×9.56×0.132}÷30.7

=0.86m；

计算主动土压力对每根钢管产生的最大弯矩：

  M=1.2b×h’；

=1.2×9.2×0.86=9.5 kNm；

钢管的截面模量：W＝5.08cm3；

钢管的抗拉、抗压和抗弯强度设计值：f=205N/mm2；

计算钢管的最大应力：

  σ=M÷W=9.5×106÷5.08×103

=1870 N/mm2>f；

钢管允许抗弯强度不能满足抵抗土压力要求。因此必须采用钢管水平打入土壁内进行锚拉。M=W f =5.08×103×205=1.04kNm；垂直间距计算如下：

=

=2.2kN/m2；

钢管锚杆垂直间距为2.2m。