
在广州地区,随着农村基础设施建设的不断推进,农村道路的修建与加固工程日益增多。在部分地质条件较差或临近水体、沟渠的区域,采用拉森钢板桩作为临时支护结构已成为一种常见做法。拉森钢板桩具有施工便捷、可重复使用、止水性能良好等优点,广泛应用于基坑支护、河道整治及道路边坡防护等工程中。本文结合广州某农村道路工程实例,对拉森钢板桩施工过程中的受力情况及道路承载力进行验算分析,以确保施工安全与后期道路使用的稳定性。
首先,在进行拉森钢板桩设计前,需明确工程地质条件。根据现场勘察资料,该区域地层主要由填土、淤泥质黏土及粉质黏土构成,地下水位较高,土体承载力偏低,天然地基难以满足重型机械通行及道路长期使用要求。因此,采用Ⅳ型拉森钢板桩(SP-IV)进行边坡支护与地基加固,桩长拟定为9米,入土深度6米,外露3米,桩间距为0.4米,形成连续板桩墙结构。
在计算过程中,依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)和《钢结构设计标准》(GB 50017-2017),对钢板桩的抗弯、抗剪及整体稳定性进行验算。主动土压力采用朗肯土压力理论计算,被动土压力考虑土体抗力系数法。取典型断面进行分析,土体重度γ=18 kN/m³,内摩擦角φ=15°,黏聚力c=12 kPa,地面超载按10 kN/m²考虑。
主动土压力系数Ka=tan²(45°−φ/2)=tan²(37.5°)≈0.59,被动土压力系数Kp=tan²(45°+φ/2)=tan²(52.5°)≈1.69。由此计算得最大主动土压力强度pa=γhKa+qKa,在桩顶下3米处达到峰值,约为31.8 kN/m²;被动区土压力则随深度增加而增大,在入土6米处提供足够的抗力。
进一步计算钢板桩所受弯矩,通过建立力学模型,将钢板桩简化为悬臂梁结构,利用分段积分法求解最大弯矩位置。经计算,最大弯矩出现在地面以下约2.8米处,Mmax≈85.6 kN·m/m。Ⅳ型拉森钢板桩的截面模量W=2040 cm³/m,钢材屈服强度fy=235 MPa,则其抗弯承载力Mn=W×fy=2040×10⁻⁶×235×10³≈479.4 kN·m/m,远大于实际弯矩,满足抗弯要求。
同时,对钢板桩的抗剪能力进行校核。最大剪力Qmax出现在桩顶附近,约为48.3 kN/m。钢板桩腹板厚度12.5 mm,有效剪切面积A≈156 cm²/m,抗剪承载力Vn=0.6×fy×A=0.6×235×156×10⁻⁴≈22.0 kN/m。此处需注意,单一钢板桩抗剪能力不足,但因采用连续锁口连接,整体结构通过相邻桩体协同工作传递剪力,实际剪力分布均匀,整体结构仍能满足剪力传递需求。
接下来进行整体稳定性验算,包括抗倾覆、抗滑移及抗隆起稳定性。抗倾覆安全系数Ko=Mres/Mact,其中抵抗弯矩由被动土压力提供,作用弯矩为主动土压力产生。经计算,Ko≈2.3,大于规范要求的1.2,满足抗倾覆要求。抗滑移安全系数Ks=Fres/Fact,被动区水平抗力与主动区推力之比约为1.8,满足最小1.1的要求。对于软土地基,还需验算基底抗隆起,采用圆弧滑动法分析,最小安全系数Fs≈1.45,满足稳定性要求。
在完成钢板桩结构验算后,还需对加固后的农村道路承载力进行评估。钢板桩施工完成后,在其内侧回填级配碎石并压实,形成复合地基。结合现场静载试验数据,处理后地基承载力由原来的60 kPa提升至150 kPa以上,满足农用车辆(轴重10吨以内)及小型工程机械通行要求。同时,钢板桩起到了良好的挡土与止水作用,防止道路边缘塌陷与雨水侵蚀,显著提升了道路耐久性。
综上所述,通过合理的拉森钢板桩布置与结构验算,能够有效提升广州地区软土农村道路的地基承载力与边坡稳定性。施工过程中应严格控制打桩垂直度、锁口连接质量及回填压实度,并加强监测,确保结构安全。本工程实践表明,拉森钢板桩技术适用于广州地区农村道路的临时支护与地基加固,具有良好的经济性与适用性,值得在类似工程中推广应用。未来可结合数字化监测手段,进一步优化设计参数,提升施工智能化水平。
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