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摘要：在东湖濠河大桥项目基坑施工中，成功运用了拉森钢板桩进行主体支护，取得较好的工程效益，本文对基坑支护设计及相关验算进行分析和总结。
关键词：钢板桩 围堰 基坑施工 应用
一、工程概况
东湖濠河大桥项目是G345凤阳一级公路改建工程的一部分。位于G345中心桩号K33+840处，桥梁起点桩号为K33+471.25，终点桩号为K34+208.75，上跨东湖濠河。桥面全宽44.0m，具体布置为2×{2.5m（人行道）+4.5m（非机动车道）+2.0m机非分隔带+11.5m机动车道}+3.0m（中央分隔带），双向六车道。桥梁单幅宽21.0m。桥梁跨径布置：3×30+3×30+（40+4×65+40）+3×30+4×30 m，桥长737.5m，其中主桥长340m，上部结构为40+4×65+40变截面连续箱梁；引桥共长390m，上部结构为30米先简之后连续装配式预应力混凝土小箱梁，采用三跨、四跨一联。
本次需钢板桩支护的墩为8、9、10三个主墩，具体参数如下：
二、地质概况
拟建桥址区地质构造单元属于中朝准地台江淮台隆的淮河台坳，构造主要为淮南陷皱褶断带与淮南复式向斜之次级褶皱组成，桥址区内基岩全部深埋，上部为巨厚的第四系堆积物，是一个相对稳定的构造单元。场地为发现活动断裂及其他影响工程稳定性的地质构造。
三、钢板桩设计
1、承台基坑支护方式一
8、10号墩承台开挖深度约为5.5m，拟采用12m的拉森钢板桩，加两道内支撑进行基坑支护，桩之间采用HW300*300*11*11围檩进行连接，DN300*10的钢管进行内支撑，第一道支撑距离钢板桩顶面0.8m，第二道支撑距离第一道支撑距离为2米，四个角的位置采用DN300*10的钢管进行斜支撑。
2、承台基坑支护方式二
9号墩承台开挖深度约为7.5m，拟采用12m的拉森钢板桩，加三道内支撑进行基坑支护，桩之间采用HW300*300*11*11围檩进行连接，DN300*10的钢管进行内支撑，第一道支撑距离钢板桩顶面0.8m，第二道支撑距离第一道支撑距离为2m，第三道支撑距离第二道支撑距离为2m，四个角的位置采用DN300*10的钢管进行斜支撑。
四、设计参数取值及要求
1、钢板桩采用拉森III型钢板桩，每延米截面面积A=236cm2；每延米惯性矩I=39600 cm4；每延米抗弯模量W=2200 cm3；应力=215N/mm2。
2、横撑采用外径300毫米，壁厚5毫米圆钢管，应力σ=140MPa。；
3、围囹及斜撑采用H300c型H钢，截面面积A=134.8cm2；惯性矩I=21534 cm4；每沿米抗弯模量W=1435 cm3；应力σ=140MPa。
五、受力计算
（一）主动土压力标准值、被动土压力标准值宜按下列公式计算：
对于地下水位以上或水土合算的土层
Pak=σakKa，i-2CI（Ka，i）1/2 Ka，i=tan2（450- ϕi/2）
Ppk=σpkKp，i+2CI（Kp，i）1/2 Kp，i=tan2（450+ ϕi/2）
式中：Pak──支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值（kPa）；当pak<0时，应取pak＝0；
Σak、σpk──分别为支护结构外侧、内侧计算点的土中竖向应力标准值（kPa）；
Ka，i、Kp，i──分别为第i层土的主动土压力系数、被动土压力系数；
ci、ϕi──第i层土的粘聚力（kPa）、内摩擦角（°）；
Ppk──支护结构内侧，第i层土中计算点的被动土压力强度标准值（kPa）。
（二）受力检算过程
1、确定钢板桩埋入深度t
主动土压力系数Ka1=tg2（45°-5°/2）=0.839，Ka2=tg2（45°-8.2°/2）=0.750，Ka3=tg2（45°-15.4°/2）=0.579
被动土压力系数Kp1=tg2（45°+5°/2）=1.188，Kp2=tg2（45°+8.2°/2）=1.32，Kp3=tg2（45°+15.4°/2）=1.664
先在A点取矩，令MA=0，埋深为X，得
γ2.Ka（h+X）3/3+q.Ka（h+X）2/2-γ2.Kp.X2（h+2 X /3）/2=0
简化得（2γ2.Ka-2γ2.Kp）X3+（6γ2.Ka.h+3q.Ka-3γ2.Kp.h）X2 +（6γ2.Ka.h2+6q.Ka.h）X +2γ2.Ka.h3 +3 q.Ka.h2=0
代入数值，试算得 X=2.84，施工时乘以安全系数K=1.2
故，施工埋深为X=3.408m
钢板桩埋置最小深度为4.5米＞3.408米。满足要求。
3、顶撑验算
在B点取矩，令MB=0，求顶撑支撑力TA
（h+X）TA+X.Ep/3-（h+X）Ea/3 +（h+X）Eq/2=0
TA=[（h+X）Ea/3 +（h+X）Eq/2- X.Ep/3]/（h+X）
=[（5.8+2.84）Ea/3 +（5.8+2.84）Eq/2- 2.84Ep/3]/（5.8+2.84）
Ea=18×0.455×8.642/2=305.69KN，Eq=5×0.455×8.64=19.656KN，Ep=18×3.304×2.842/2=239.839KN
TA=（8.64×305.69/3 +8.64×19.656/2- 2.84×239.839/3）/8.64=83KN，用∑H=0校核 Ea +Eq -Ep -TA=0 得305.69+19.656-239.839-TA=0得TA=85.5KN
故，TA=（83+85.5）/2=84.3KN
设顶撑间距为5m，则每根顶撑所受的轴向压力为N=5×84.3=421.5KN
强度检算σc=N/An=421.5/0.00942=44.74Mp＜f=190 Mp（可）
稳定检算N/（∮A0）=421.5/（0.135×0.0942）= 70.639Mp＜f=190 Mp（可）
4、钢板桩抗弯强度σ验算
因最大弯矩应在剪力为零处。设从桩顶土压力为零处O往下y处剪力为零，则
Mmax= y.TA-qKa y2/2-γ2Kay3/6 =4.2×124.3-5×0.455×4.22/2-18×0.455×4.23/6=202.864KN.m
抗弯强度σ=Mmax/W=202.864/0.00136=149.164×103 KN/m2= 149.164Mp<f=190Mp（可）
六、结语
经验算，本项目基坑开挖采用的支护形式和材料满足规范要求；在实际施工中，依据本方案进行了现场施工，取得了较好的工程效益，对今后类似项目的施工有充分的指导和借鉴意义。
参考文献：
[1]《建筑施工手册》（第四版）（中国建筑工业出版社）
[2]《深基坑支护设计与施工》（中国建筑工业出版社）
论文作者:李猛
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/30
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