污水管道深基坑钢板桩选用
中交四公局山水工程有限公司王永强
摘要：
京津中关村科技城市政基础及其一期配套工程EPC总承包项目包含16条市政道路，其中主干路多有配套排水设施，而深基坑施工为危险性较大工程，经过对污水管道基坑施工的技术总结，为以后的同类基坑施工提供经验，提高工程质量质量和工作效率。
关键词：基坑钢板桩污水管道排水
一、工程概况
西环北路规划为城市主干路，长1.939km，污水管铺设里程为K0+100~K1+870，污水管道直径为DN400~DN500mm，沟槽开挖深度最大4.9m。
西环北路污水管道沟槽开挖深度不足5m，但地下水位较高，地层主要为耕植土/素填土（平均厚度1.08m）、粉质粘土/黏土（平均厚度：1.96m）、粉质粘土（平均厚度：3.01m）；沟槽开挖时根据实际地址情况，采用钢板桩防护。
选取污水管道开挖最不利情况：
二、钢支撑结构形式
为了确保沟槽开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩墙体支撑体系尤为重要。具体支撑及安装位置见9.3相关图纸，支撑结构材料如下：
1）钢板桩支护墙体坡顶处采用300*300的H型钢围檩。在钢板桩竖向放出围檩安装位置，每隔3m焊接牛腿1个。
2）钢板桩支撑体系采用内支撑，支撑体系采用Ф325*6mm钢管，间距5m。
三、参数信息
1、钢板桩长9m，拉森钢板桩的主要性能参数见下表：
钢板桩示意图及钢板桩围堰示意图见下图。
钢板桩锁口
2、地质参数
1）土层分布情况：
按照其形成年代、成因类型从上至下共分为8个岩土大层，按岩性特征及其物理力学指标可进一步划分为15个工程地质亚层。现对各工程地质层特征自上而下分述如下：
①1耕植土/素填土（Q4ml）：灰黄色，黄褐色，稍湿，可塑，土质不均，以粘性土为主，含较多植物根茎及砂颗粒。该层分布连续，在拆迁废区中多为素填土。层顶高程4.24~8.15m，平均高程5.78m，层厚0.20~2.60m，平均厚1.08m。
②粉质粘土/粘土（Q4al+pl）：黄褐色，可塑，土质均匀，切面光滑，局部夹姜石。该层分布连续，层顶高程2.97~6.03m，平均高程4.68m，层厚0.90~3.70m，平均厚1.96m，容重值：20KN/m3 ；内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。
③粉质粘土（Q4al+pl）：灰黄色，饱和，可塑-软塑，局部流塑，粉粒含量较高。该层分布连续，层顶高程-2.14~4.51m，平均高程2.31m，层厚1.00~6.10m，平均厚3.01m，容重值：20KN/m3；内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。
③粉土/粉砂（Q4al+pl）：灰黄色，饱和，该层分布不连续，层薄，多为夹层，仅部分钻孔揭露。层顶高程0.35m~2.33m，平均高程1.31m，层厚0.30~1.20m，平均厚0.72m，容重值：21KN/m3；内摩擦角值：30°；粘聚力C=10KPa。
④粉土（Q4al+pl）：灰色，灰黄色，湿，稍密-中密，土质不均，切面粗糙。该层分布不连续，层顶高程-2.82m~3.52m，平均高程-0.15m，层厚0.60~3.70m，平均厚1.63m。容重值：20KN/m3；内摩擦角值：30°；粘聚力C=10KPa。
④1淤泥质粘土（Q4al+pl）：灰色，饱和，流塑，土质均匀，切面光滑，夹粉土薄层。该
层仅BZ9号孔揭露，层顶高程-0.69m，层厚1.50m。容重值γ
：16KN/m3；内摩擦角值
ϕ
：
8.37°；粘聚力C=5.25KPa。经各层土加权平均，土的密度γ
=1.89（g/cm3），粘聚力c=15KPa，
内摩擦角φ=20°。
3、荷载参数
沟槽顶边1.2m外有土方、材料等堆放以及机械因素，综合考虑荷载q=20KPa。
四、钢板桩插入深度
1、地面荷载q=20 KPa。
2、沟槽开挖深度
本工程沟槽开挖深度4.9m。
3、主动土压力系数Ka =tan²（45°-20°/2）=0.49，=Ka 0.7；
按《市政工程施工计算实用手册》（以下计算公式均来自本手册）式（37-36）计算被动土压力系数，δ=2ϕ/3，被动土压力内摩擦角取1.3系数（土的内摩擦角ϕ可酌情调整，在密集群桩深度范围内，乘以1.2~1.4），
n ϕ=1.3ϕ
=26°；δ=2ϕ/3=13.34°；
K p = tan²（45°+20°/2）=2.04 1）根据朗金土压力理论： 最大主动土压力强度a a a k c k x h e 2)(-+=γ……………………式1； 最大被动土压力强度p
p p k c
xk e 2+=γ (2)
h —沟槽开挖深度；
x —钢板桩入土深度；
2）最大主动土压力
)(21
x h e E a a +=
(3)
a
q k x h q E )(+= (4)
x e E p p 21
=
(5)
取支撑点
∑=0MA ；得
()()⎪⎭
⎫
⎝⎛-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+000322132h h x E h x h E h x h E p q a (6)
其中
0h 为内支撑距钢板桩顶面距离，根据现场实际情况，本工程取0h =0m 。
3）支撑反力Ta
根据平衡得支撑反力Ta=Ea+Eq-Ep……………………………………式7； 2、浅埋单层支点桩墙顶端支撑法计算
最大主动土压力强度
a
a a k c
k x h e 2)(-+=γ=18.9*（4.9+x ）*0.49-21 =9.26（4.9+x ）-21 KPa
最大被动土压力强度p
p p k c
xk e 2+=γ=38.56x+42.6 KPa
即：
()()211
()（9.26(4.9+x)-21)（4.9+x ）=4.63 4.910.5 4.922a a E e h x x x =
+=⨯⨯+-+
()()200.49 4.9=48.029.8x
q a E q h x k x =+=⨯++；
211
(38.5642.6)=19.2821.822p p E e x x x x x =
=⨯++；
将以上公式代入式6，解一元三次方程得钢板桩入土深度
x =2.47m ，
施工时尚应乘以K=1.1~1.5，本工程取K=1.2，则钢板桩长=4.9+1.2*2.47=7.86m 。 施工时取9m 长钢板桩即可。 取钢板桩插入深度x=2.47 m ，
所以：
()()21
()=4.63 4.910.5 4.92a a E e h x x x =
++-+=174.10KN/m ；
()()200.49 4.9=48.029.8x
q a E q h x k x =+=⨯++=72.23KN/m ；
211
(38.5642.6)=19.2821.822p p E e x x x x x =
=⨯++=171.47KN/m ；
故T A =E a +E q -E p =74.86KN/m=R a ；
