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摘要：本文结合温州市苍南县某特大桥的实际地质情况，针对基坑开挖地质为不良地质软土海积淤泥的情况，介绍了钢板桩围堰的设计原理，结合现场及地质水文条件分析总结出了一种简明的设计计算方法。
关键词：淤泥质; 滩涂区 ;拉森；钢板桩
前言
目前国内对钢板桩围堰的计算方法有多种，包括古典的静力平衡法、等值梁法等，解析求解的弹性法、弹性地基梁法、连续介质数值计算方法等。静力平衡法、等值梁法未考虑墙体变形及墙体与土的相互作用，但在工程界仍广泛运用，在国内外的板式支护结构、钢板桩结构的计算规范或手册中均有推荐，当其计算方法中，均缺少在淤泥质浅水滩涂区的计算案例与方法。本文就在建项目的情况对该缺少的情况进行浅析，结合现场及地质水文条件分析总结出了一种简明的设计计算方法。
1钢板桩支护结构的设计原理
基坑开挖过程中钢板桩在土压力、水压力等水平荷载作用下，将向基坑内移动或绕前趾向基坑内转动。钢板桩墙体受土体、水体的推力而发生位移，土中发挥的剪切阻力可使土压力减小。位移越大，土压力值越小，一直到土的抗剪强度完全发挥出来，即土体已达到主动极限平衡状态。基坑支护结构上部在向基坑内移动或绕前趾向基坑内转动时，基坑支护结构下部分，由于结构向坑内的可能位移。结构受外力被推向土体，使土体发生变形，土中发挥的剪切阻力可使土对墙的抵抗力增大。墙推向土体的位移越大，土压力值也越大，直到抗剪强度完全发挥出来，即土体达到被动极限平衡状态。因此钢板桩的设计原理为钢板桩上部土体达到主动极限平衡状态后，下部土体未达到被动极限平衡状态，同时钢板桩也未达到破坏状态。
2 钢板桩支护结构的荷载作用
2.1 水土压力
2.1.1 水土分算、合算选择
某项目地质勘察报告，基坑开挖区表层土层均为厚度约20m的第四纪全新统海积淤泥，该土层的渗透系数为，饱和度为，摩擦角，粘聚力；根据相关手册[1]可知，当土层的渗透系数小于时可作为相对不透水层，因此该土层可视为饱和不透水黏性土。建筑地基基础设计规范[2]提出作用于支护结构的土压力和水压力，对砂性土宜按水土分算计算；对黏性土宜按水土合算计算。故淤泥及淤泥质土可按水土合算法进行水土压力计算。
2.1.2 土体抗剪强度取值
建筑地基基础设计规范[2]提出对淤泥及淤泥质土，应采用三轴不固结不排水抗剪强度指标；而施工图设计阶段工程地质勘查报告中给予该土层抗剪强度指标均只有直剪快剪强度指标，且其摩擦角，粘聚力。参考基础工程及简明施工计算手册及相关手册[1]均无以直剪快剪强度指标进行土压力的计算或换算说明，其中土的内摩擦角值参考数值分别为饱和淤泥15°、黏性土10°～30°。故设计时土压力计算取相应的经验值中较小者内摩擦角。
2.1.3 土压力计算
图 3.1.2 单撑深埋钢板桩受力分布图
对于单撑深埋钢板桩和多撑钢板桩支护结构，一般以等值梁法计算钢板桩。在等值梁法中为简化计算常用土压力强度等于零点的位置代替反弯点的位置进行确定其离基坑面距离y，如图所示，然后通过计算等值梁的最大弯矩以及两支点反力;再根据和墙前被动土压力对板桩底端D点的力矩相等求得，具体步骤可参考简明计算手册[4]或基坑工程手册[1]内容。但在浅滩区当有波浪力、水流力、静水压力作用时，以等值梁法来计算明显已经不合适，此情况钢板桩上部所受水平力比普通等值梁梁法计算时大，因此需要的墙后土体达到被动极限平衡状态时的入土深度更大。此时应以竖向弹性地基梁法建立模型进行有限元分析计算，具体计算参考基坑工程技术规范。
3.2 确定钢板桩型号
以本文中3.1计算的最大弯矩以及钢板桩相关系数确定板桩的型号，在确定型号时，考虑其抗弯性能以及允许变形量。
3.3 确定围檩、支撑
有支撑的钢板桩支护结构，围檩及支撑以本文中3.1计算得到的支撑处支点反力进行计算。按求得内力确认围檩的型号尺寸及布置跨径。
3.4稳定性验算
设计计算钢板桩支护结构之后，要求对基坑进行稳定性分析。具体要求及计算方法见基坑工程技术规范[9]。
4 结语
在淤泥质浅水滩涂区进行拉森钢板桩支护结构的简明设计计算时，应考虑土压力、流水压力、波浪力、静水压力等水平荷载的作用。对于不透水黏性土中悬臂式钢板桩及单撑浅埋钢板桩可开用静力平衡法进行计算，且计算时钢板桩水土压力按成层土计算。对于不透水黏性土中单撑深埋钢板桩及多撑钢板桩支护结构，应考虑采用弹性地基梁法进行计算。
参考文献:
[1] 刘国彬，王卫东主编.基坑工程手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2009
[2] 王晓谋主编.基础工程（第三版）.北京：人民交通出版社，2003
论文作者:朱延来,何前途
论文发表刊物:《防护工程》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/11
标签：钢板论文; 基坑论文; 淤泥论文; 压力论文; 结构论文; 滩涂论文; 水土论文; 《防护工程》2017年第10期论文;