深基坑钢围堰施工计算
根据《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审核办法》的规定，上海市浦东铁路金汇港大桥深基坑围堰工程，必须编制专项施工方案且通过专家论证。为了编制安全可靠、经济合理的优化方案，我们以深埋板桩和围檩计算为主，进行了深基坑围檩支护计算。在此基础上，我们结合本公司施工的南京雍六高速公路马汊河大桥、南京马汊河葛新桥，山东枣庄市运河特大桥深水基坑围堰支护的经验，针对上海地区淤泥粉质软土的特点，编制了上海市浦东铁路金汇港大桥深基坑围堰支护加固安全专项施工方案，一次通过了专家评审，并在实施中确保了工程安全、质量和工期。本文就深基坑围堰的计算成果作简要介绍。
一、 工程概况
1.工程概况
浦东铁路金汇港特大桥河道宽95m，主跨65.1m，主跨桥墩位于金汇港河内，两桥墩中心距离岸边约15.0m，桥墩基础为双排钻孔桩，每个墩桩基为8根，共16根桩（钻孔桩直径1.25m、桩长56.0m）。承台底标高为-3.90m，承台顶标高为-1.2m。水深约3.5m，河流测时水位2.68m，最高通航水位3.0m,百年一遇水位3.77m。 本工程水文地质如下：河床下为③-1层，淤泥粉质黏土，γ=17.8kn/m3 ，θ=18°，厚3-4m；④层:淤泥粉质黏土，γ=17.1kn/ m3 θ=10.1°；素填土γ=19kn/ m3 ，θ=19°；
2.基坑围护方案选择
根据本工程地基土质差，地下水位高等不利因素，决定采用拉森钢板桩支护。钢板桩具有重量轻、强度高、锁口紧密、重复使用、施工方便、施工速度快等优点，同时本单位具有钢板桩深基坑施工方面的相应经验。
施工流程:打拉森钢板桩围堰→钻孔桩施工平台→钻孔桩施工→抽水→高压水枪清淤（人工挖土）→施工承台、墩身及顶帽→拉森钢板桩拆除 承台围堰根据施工的需要，设计尺寸为17.2×11.7m（见图）。离岸侧临水，近岸侧为素填土。
二、 多支撑钢板桩计算
支撑层数和间距的布置是钢板桩施工中的重要问题，根据现场的支撑材料和开挖深度（基底至水面7.0m），我们采取在钢板桩内侧加三层围檩并设置支撑，按多支撑进行钢板桩计算，计算时仍采用等值梁法。围堰采用拉森ⅳ型钢板桩，w=2037cm3，[f]=200mpa。围堰顶部荷载按70kn/m2计算。钢板桩拟采用15m（标准尺寸为10、12、15m）。
(1)计算钢板桩承受土压力，绘出土压力分布图 a.γ、θ按16.5m深，加权平均计算 γ=（4.5×19＋4.0×17.8＋8× 17.10）÷16.5=17.79 kn/ ;m3 θ＝（4.5×19＋4×18＋8× 10.1）÷16.5＝14.44。 b.计算土压力系数 kp=tg2(45。＋14.44。÷2)=1.66 ka= tg2(45。-14.44。÷2)=0.6 c.板桩压力 pa=γh1ka=10.67 kn/m2； pb=γh2ka=44.83 kn/m2； pd=γh3ka=78.99 kn/m2 d. 土压力分布图
(2)计算板桩上土压力等于0的点距挖土面的距离y 设距地面y处板桩前的被动土压力等于板桩后的主动土压力，考虑板桩与土的摩擦作用，对板桩前的土压力乘以修正系数k,查表k=1.378。 γkkpy =γka(h＋y) = pb＋γkay y= pb/[γ×(k×kp- ka)]=78.99/[17.79×(1.378×1.66-0.6)]=2.63 m
(3)多支撑钢板桩土压力简化模型计算 截取ac梁，在c点加自由支承，形成与ad梁上ac段的近似等值梁（如上图），按多跨连续梁用弯距分配法计算（计算简略）。 a、绘制弯矩图 b、计算支座反力 b处支座反力为pb，由∑mc=0得： pb=28.11 kn c处支座反力为pc，由∑md=0得：pc=154.74 kn 由∑md=0，取de为隔离体pe*2.63＋45.85-1/2*78.99*2.63*1/3*2.63=0 pe=17.19 kn pd=1/2*78.99*(3.2+3.2+2.63+1.0)-pb-pc-pe=196 kn c多支撑板桩入土深度检算 x= 6pe/[γ×（k×kp-ka）] =1.85m t0=x＋y=4.48 m ；t=1.1×t0=4.93m ；l=h＋t=4.93＋
7.4=12.33 钢板桩长度满足要求。
(4)多支撑钢板桩围檩检算 围檩横梁长17.2m，每隔2.90m设一道支撑（见下图），横梁按连续梁用弯距分配法计算，并选择工字钢横截面。 a、计算节点b、c、d、e处弯距分配系数 b点：
sba=3i sbc=4i ∑sb=7i μba=3/7 μbc=4/7 c点：scb=4i scd=4i ∑sd=8i ;μcb=1/2 μcd=1/2 d点：sdc=4i sde=4i ∑sd=8i μdc=1/2 μde=1/2 e点：sef=3i sed=4i ∑se=7i μef=3/7 μed=4/7 b、计算各杆端固端弯距 mfba=1/8ql2=1/8*196.1*2.92=206.15knm mfbc=-1/12ql2=-1/12*196.1*2.92=-137.43knm mfcb=-mfbc=- dc=mfed=-mfde=mfcd=137.43knm mfba=-1/8ql2=-1/8*196.1*2.962=-206.15knm c、弯矩分配计算 d、绘制弯矩图： 跨中弯矩：mab=1/8ql2-1/2*173.6=119.35 knm mbc=1/8ql2-1/2*（173.6+130.2）=54.25knm mbc=1/8ql2-130.2=75.95 knm c、选择工字钢截面 由上可得横梁所受最大弯距在b处mmax=173.6 knm，采用40c工字钢时： σmax= mmax/w=173.6*103/（1190*10-6）=146 mpa σmax＜
[σ]/k=[σ]/1.5=235 /1.5=157 mpa 采用40c型号的工字钢。
(5)多支撑板桩围檩支撑检算 a、求支座反力 由∑mb=0 na*2.9+173.6-196.1*2.92*1/2=0 na=224.5kn 由∑mc=0 na*2.9*2+nb*2.9+130.2-1/2*196.1*（2*2.9）2=0 nb=643.5kn nc=1/2（196.1*14.5-2*224.5-2*643.5）=553.7kn b、斜支撑的轴力计算 b处斜支撑轴力n= nb /sinα= 643.5/0.63=1021.4kn c处斜支撑轴力n= nc/sinα= 553.7/0.63=878.89kn c、选斜支撑截面 ① b处斜支撑 b处斜支撑长度为：i＝ 2.342+2.92 =3.73 选用2根[22槽钢，为b类截面，其截面几何性质如下： ix=2*2570=5140 iy=2.21 cm iy=176 cm4 a=36.246 cm4 iy=2*[176+(7.9-2.21)2*36.246]=2699cm4 最小惯性半径: iy= 2699/2a =6.1cm 杆件两端焊接,按固定端确定长度系数:μ=0.5 长细比: λ=μl1/iy =0.5*373/6.1=30.6 压杆稳定系数查表: φ=0.932 计算应力: σ=n/φa=1021.4*103/(0.932*2*36.246*102)=151.2mpa σ＜[σ]/k=[σ]/1.5=235/1.5=157mpa k为安全系数，取
1.5 ② c处斜支撑: c处斜支撑长度为 l2＝ 4.682+5.82 =7.45 m 长细比: λ=μl2/iy =0.5*745/6.1=61 压杆稳定系数查表: φ=0.802 计算应力: σ=p/φa=878.89*103/（0.802*2*36.246*102）=151.2mpa ＜［σ］/n=［σ］/1.5=235mpa /1.5=157 mpa 满足要求
三、结束语 深基坑工程施工属危险性较大的施工作业，编制施工方案必须周密、可靠，其中最主要的首推正确的计算。浦东铁路金汇港大桥的计算，为施工方案的优化编制提供了技术计算基础，该基坑围堰方案得到了平审专家的一致好评，在工程施工中取得了良好效果. 上海联圣建筑工程有限公司 吕 涛 陈松江 焦赞荣