广州拉森钢板桩施工计算书渗流稳定性验算

发布时间:2026-01-04

在进行广州地区拉森钢板桩施工过程中,渗流稳定性验算是一项至关重要的技术环节。由于广州地处珠江三角洲冲积平原,地下水位较高,土层多为软土、淤泥质土及砂层,具有高含水量、低强度和强透水性等特点,因此在基坑支护设计中必须充分考虑地下水对钢板桩结构的影响,尤其是渗流作用可能引发的管涌、流砂和基底隆起等工程风险。通过科学合理的渗流稳定性验算,可以有效保障基坑施工的安全性和周边环境的稳定性。首先,在进行渗流稳

在进行广州地区拉森钢板桩施工过程中,渗流稳定性验算是一项至关重要的技术环节。由于广州地处珠江三角洲冲积平原,地下水位较高,土层多为软土、淤泥质土及砂层,具有高含水量、低强度和强透水性等特点,因此在基坑支护设计中必须充分考虑地下水对钢板桩结构的影响,尤其是渗流作用可能引发的管涌、流砂和基底隆起等工程风险。通过科学合理的渗流稳定性验算,可以有效保障基坑施工的安全性和周边环境的稳定性。

首先,在进行渗流稳定性验算前,需明确工程地质条件和水文地质参数。根据现场勘察资料,获取各土层的渗透系数、饱和重度、孔隙比以及地下水位埋深等关键数据。通常,广州地区的粉细砂层或中砂层渗透系数可达 $10^{-3} \sim 10^{-4}$ cm/s,属于中等至强透水层,极易在水头差作用下产生渗流破坏。而软黏土层虽渗透性较低,但若与砂层交替分布,则可能形成渗流通道,增加整体失稳风险。

渗流稳定性验算的核心是判断基坑底部是否会发生渗透破坏,主要采用抗管涌安全系数法水力梯度控制法两种方法。其中,抗管涌安全系数 $K$ 的计算公式为:

$$ K = \frac{\gamma'}{i \cdot \gamma_w} $$

式中:

  • $\gamma'$ 为土体的有效重度(kN/m³);
  • $i$ 为最大渗流水力梯度;
  • $\gamma_w$ 为水的重度,取 10 kN/m³。

当计算得到的 $K \geq 1.5$ 时,认为基坑具备足够的抗管涌能力;若 $K < 1.5$,则需采取加固措施,如增设降水井、延长钢板桩入土深度或设置止水帷幕等。

以某典型深基坑工程为例,基坑开挖深度为 8.5 m,采用Ⅳ型拉森钢板桩,桩长 15 m,入土深度约 6.5 m。场地地下水位距地表 1.5 m,下部存在厚约 3 m 的粉砂层,其渗透系数 $k = 2.5 \times 10^{-4}$ cm/s,饱和重度 $\gamma_{sat} = 18.5$ kN/m³。据此可计算该砂层的有效重度:

$$ \gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w = 18.5 - 10 = 8.5 \, \text{kN/m}^3 $$

最大水力梯度 $i$ 可根据流网分析或简化公式估算。对于均质土层中的板桩墙,常用经验公式:

$$ i = \frac{H}{L} $$

其中 $H$ 为内外水头差,本例中 $H = 8.5 - 1.5 = 7.0$ m;$L$ 为最短渗径长度,近似取钢板桩入土深度的 1.2 倍,即 $L = 1.2 \times 6.5 = 7.8$ m。则:

$$ i = \frac{7.0}{7.8} \approx 0.897 $$

代入抗管涌安全系数公式:

$$ K = \frac{8.5}{0.897 \times 10} \approx 0.948 $$

显然,$K = 0.948 < 1.5$,说明原设计方案存在严重的渗流失稳风险,极有可能发生管涌或流砂现象,危及基坑安全。

针对上述问题,应采取以下优化措施:一是将钢板桩长度由 15 m 延长至 18 m,使入土深度达到 9.5 m,从而延长渗流路径,降低水力梯度;二是结合轻型井点降水系统,主动降低坑内地下水位,减小内外水头差。调整后重新验算,新渗径 $L' = 1.2 \times 9.5 = 11.4$ m,水头差仍按 7.0 m 计(降水后可进一步降至 5.0 m),则:

$$ i' = \frac{7.0}{11.4} \approx 0.614 $$

$$ K' = \frac{8.5}{0.614 \times 10} \approx 1.384 $$

仍未完全满足要求。若配合降水将水头差降至 5.0 m,则:

$$ i'' = \frac{5.0}{11.4} \approx 0.439, \quad K'' = \frac{8.5}{0.439 \times 10} \approx 1.936 > 1.5 $$

此时抗管涌安全系数满足规范要求,表明综合采用“加深钢板桩 + 降水”方案可有效提升渗流稳定性。

此外,还需注意施工过程中的动态监测。建议在基坑周围布设水位观测井和沉降监测点,实时掌握地下水位变化及土体变形情况。一旦发现水位异常上升或局部冒水现象,应立即停止开挖并启动应急预案。

综上所述,在广州地区进行拉森钢板桩施工时,必须高度重视渗流稳定性问题。通过准确的地质参数采集、合理的水力模型建立以及严格的抗管涌验算,结合工程实际采取有效的防治措施,才能确保基坑在整个施工周期内的安全稳定。尤其在软土与砂层交互分布的复杂地层中,更应坚持“以防为主、防治结合”的原则,全面提升支护结构的抗渗性能,为城市地下空间开发提供坚实的技术保障。

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