广州拉森钢板桩施工计算书钢管支撑稳定性验算

发布时间:2026-01-04

在进行广州地区深基坑支护工程中,拉森钢板桩配合钢管支撑的支护体系被广泛应用。该支护形式具有施工便捷、止水性能良好、可重复利用等优点,尤其适用于软土地层和地下水位较高的环境。然而,为确保基坑开挖过程中的结构安全与周边环境稳定,必须对钢管支撑的稳定性进行科学验算。本文将围绕广州某典型基坑工程实例,详细阐述拉森钢板桩施工中钢管支撑的稳定性验算流程及相关技术要点。首先,需明确钢管支撑的设计参数。本工程采用

在进行广州地区深基坑支护工程中,拉森钢板桩配合钢管支撑的支护体系被广泛应用。该支护形式具有施工便捷、止水性能良好、可重复利用等优点,尤其适用于软土地层和地下水位较高的环境。然而,为确保基坑开挖过程中的结构安全与周边环境稳定,必须对钢管支撑的稳定性进行科学验算。本文将围绕广州某典型基坑工程实例,详细阐述拉森钢板桩施工中钢管支撑的稳定性验算流程及相关技术要点。

首先,需明确钢管支撑的设计参数。本工程采用Φ609×16mm的热轧无缝钢管作为水平支撑,钢材牌号为Q345B,弹性模量E=2.06×10⁵MPa,屈服强度f_y=345MPa。支撑水平间距为6m,竖向设置两道支撑,分别位于地面下2.5m和6.0m处。支撑两端通过围檩与拉森钢板桩连接,形成稳定的支护体系。

稳定性验算的核心在于判断钢管支撑在承受轴向压力时是否会发生失稳破坏。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)的相关规定,钢管支撑应按轴心受压构件进行稳定性验算,其承载力应满足:
$$ N ≤ φAf $$
其中,$N$为支撑所受轴向压力设计值;$φ$为轴心受压稳定系数;$A$为钢管截面面积;$f$为钢材抗压强度设计值。

第一步是确定支撑所受的轴向压力$N$。该值通常由基坑支护结构的整体内力分析得出。通过有限元软件或等值梁法计算,可得在最不利工况下(如基坑开挖至底部时),第二道支撑所受最大轴力约为850kN。因此,取$N = 850kN$作为验算依据。

第二步计算钢管的长细比$λ$,用于查表确定稳定系数$φ$。钢管计算长度$l_0$一般取支撑的自由长度,考虑节点约束条件,取$l_0 = 0.8L$,其中$L$为支撑净距。本例中支撑净距为6m,则$l_0 = 0.8 × 6000 = 4800mm$。钢管回转半径$i$可通过公式:
$$ i = \sqrt{\frac{I}{A}} $$
计算。已知钢管外径D=609mm,壁厚t=16mm,则截面面积:
$$ A = \pi (D^2 - (D-2t)^2)/4 = \pi (609^2 - 577^2)/4 ≈ 30190\,mm^2 $$
惯性矩:
$$ I = \pi (D^4 - (D-2t)^4)/64 ≈ 7.28 × 10^8\,mm^4 $$
因此,
$$ i = \sqrt{7.28 × 10^8 / 30190} ≈ 154.8\,mm $$
长细比:
$$ λ = l_0 / i = 4800 / 154.8 ≈ 31 $$

根据《钢结构设计标准》(GB 50017-2017),当$λ = 31$时,属于b类截面,查表可得稳定系数$φ ≈ 0.935$。

第三步进行稳定性承载力验算。钢材抗压强度设计值$f = f_y / \gamma_s$,取材料分项系数$\gamma_s = 1.1$,则:
$$ f = 345 / 1.1 ≈ 313.6\,MPa $$
稳定承载力设计值为:
$$ φAf = 0.935 × 30190 × 313.6 × 10^{-3} ≈ 8845\,kN $$
而实际轴力$N = 850kN$,显然有:
$$ 850kN < 8845kN $$
满足稳定性要求,且富余度较大。

此外,还需考虑钢管支撑的局部稳定性与构造措施。由于钢管直径较大、壁厚相对较薄,应验算其局部屈曲。根据规范,当$D/t ≤ 100\sqrt{235/f_y}$时,可不验算局部稳定。本例中:
$$ D/t = 609 / 16 = 38.06 $$
$$ 100\sqrt{235/345} ≈ 100 × 0.826 ≈ 82.6 $$
因38.06 < 82.6,满足要求,无需额外加劲肋。

在实际施工中,还应注意以下几点:一是支撑安装应确保轴线对中,避免偏心受力;二是施加预应力应符合设计要求,通常预加轴力为设计轴力的50%~70%,以控制墙体变形;三是加强监测,实时跟踪支撑轴力变化,发现异常及时预警。

综上所述,在广州地区的软土深基坑工程中,拉森钢板桩配合钢管支撑的支护体系经过合理的稳定性验算,能够满足安全使用要求。通过对轴力计算、长细比分析、稳定系数选取及承载力对比,验证了钢管支撑在设计荷载下的稳定性。同时,结合良好的施工管理与监测措施,可有效保障基坑施工全过程的安全可控。此类验算方法具有较强的通用性,可为类似工程提供参考依据。

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