
在进行广州地区拉森钢板桩施工过程中,锁口承载力的验算是一项至关重要的技术环节。拉森钢板桩因其良好的止水性能、较高的抗弯强度以及便于施工和回收等特点,广泛应用于基坑支护、河道围堰、地下连续墙等工程中。然而,在实际应用中,若忽视锁口部位的受力分析与承载能力验算,极易导致锁口撕裂、错位甚至整体失稳,从而引发严重的安全事故。因此,科学合理地进行锁口承载力验算,是确保拉森钢板桩结构安全稳定的关键步骤。
首先,应明确锁口承载力验算的基本原理。拉森钢板桩通过相邻板桩之间的锁口相互咬合形成连续墙体,锁口不仅是连接构件,还承担着传递剪力、抵抗土压力及防止渗漏的重要功能。当基坑开挖时,侧向土压力通过板桩传递至锁口位置,产生横向拉应力与剪切应力。若锁口抗拉或抗剪能力不足,则可能发生滑脱或断裂。因此,锁口承载力验算的核心在于评估其在最不利工况下的抗拉与抗剪性能是否满足设计要求。
根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120)及相关钢结构设计规范,锁口承载力验算通常包括两个方面:一是锁口抗拉承载力验算,二是锁口抗剪承载力验算。其中,抗拉承载力主要考虑在主动土压力作用下,锁口连接处因受拉而可能发生的撕裂破坏;抗剪承载力则关注相邻板桩在水平荷载作用下沿锁口方向的相对滑移风险。
以某典型广州软土地层中的深基坑工程为例,拟采用PU40型拉森钢板桩,桩长18m,嵌入深度约10m,基坑开挖深度为8m。地质资料显示,场地表层为人工填土,其下为厚层淤泥质黏土,具有高含水量、高压缩性和低强度的特点。在此类地质条件下,土压力分布复杂,且存在较大的侧向变形趋势,对锁口受力极为不利。
在计算锁口拉力时,需先确定作用于单根板桩上的最大水平推力。该推力来源于主动土压力、地面超载及地下水压力的综合作用。通过朗肯土压力理论或库仑土压力理论计算出土压力分布,并结合有限元软件模拟得出最大弯矩位置附近的剪力值,进而反推出锁口所承受的轴向拉力。对于PU40型钢板桩,其单个锁口的有效抗拉面积约为3.6 cm²,材料屈服强度取235 MPa,据此可得单个锁口的理论抗拉承载力为:
$$ N{t, Rd} = A{eff} \times f_y / \gamma_M = 360 \, \text{mm}^2 \times 235 \, \text{MPa} / 1.1 ≈ 77.5 \, \text{kN} $$
式中,$\gammaM$为材料分项系数,一般取1.1。实际作用在锁口上的拉力 $N{t, Ed}$ 应小于该值,方可认为满足抗拉要求。
在抗剪承载力验算中,需评估锁口接触面抵抗相对滑移的能力。由于锁口结构本身并非完全刚性连接,其抗剪主要依赖于钢材本身的剪切强度及锁口啮合面的摩擦力。根据经验公式,单个锁口的抗剪承载力可按以下方式估算:
$$ V{Rd} = 0.6 \times A{shear} \times f_y / \gamma_M $$
其中,$A_{shear}$ 为锁口有效抗剪面积,PU40型约为4.2 cm²。代入数据得:
$$ V_{Rd} = 0.6 \times 420 \times 235 / 1.1 ≈ 54.2 \, \text{kN} $$
将实际剪力 $V{Ed}$ 与此值比较,若 $V{Ed} ≤ V_{Rd}$,则判定抗剪安全。
此外,在广州地区潮湿多雨、地下水位高的环境下,还需考虑腐蚀对锁口承载力的长期影响。建议在验算时适当提高安全系数,或选用防腐涂层钢板桩,延长使用寿命。
值得注意的是,现场施工质量直接影响锁口的实际承载能力。如沉桩过程中出现偏斜、锁口未完全咬合、异物卡阻等情况,均会显著削弱锁口传力性能。因此,必须加强施工过程监控,确保每根桩准确对接,必要时采用振动锤配合导向架精确施打。
综上所述,广州地区拉森钢板桩施工中的锁口承载力验算是保障基坑支护结构安全不可或缺的技术环节。通过系统的抗拉与抗剪验算,结合地质条件、荷载组合及施工工艺综合分析,才能有效预防锁口破坏事故的发生。同时,应注重理论计算与现场实践相结合,不断提升施工技术水平,确保工程安全可靠推进。
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