鄒勇

摘要：文章主要對基坑支護結(jié)構(gòu)中M法原理進行闡述，并將該原理應(yīng)用于Midas計算機軟件中，以期為工程基坑支護計算工作提供參考。

關(guān)鍵詞：M法;土彈簧;基坑支護結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TM711 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

1 引言

目前，武漢市漢陽市政建設(shè)集團有限公司承接的工程以市政道路、排水、橋梁等工程為主，隨著相關(guān)規(guī)章規(guī)范要求的逐漸嚴(yán)格，施工工程的難度也逐漸增大，導(dǎo)致基坑支護結(jié)構(gòu)在工程中的運用也越來越多。例如，排水工程中管道設(shè)計深度愈來愈深;橋梁工程中開始逐漸涉及跨湖、跨渠施工，承臺墩柱施工不可避免地需采用鋼板樁圍堰等施工工藝?；又ёo結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用越來越頻繁，對支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計、驗算直接關(guān)系到工程能否更加順利地進行，也是確保工程施工安全的重要屏障。

以往基坑工程運算中，往往參照橋梁計算手冊中的計算方法，計算出支護結(jié)構(gòu)的反彎點，并結(jié)合等值梁原理計算出支護樁最大彎矩，最后計算出鋼板樁入土深度。文章主要嘗試運用m法原理，將其與midas有限元計算軟件結(jié)合，驗算支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度、穩(wěn)定性及樁體各部位的變形等[1]，為基坑支護結(jié)構(gòu)的驗算提供了一種新的計算方法。

2 m法原理

2.1土彈簧的模擬

如圖1，采用m法是將被動側(cè)土壓力采取彈簧進行模擬，通過模擬土的變形帶來的反力效應(yīng)。

假定地基水平反力系數(shù)k（z）隨深度成正比例地增長，m稱為地基比例系數(shù)。m法的基本假定是認為樁側(cè)土為溫克爾離散性彈簧，不考慮樁土之間的黏著力和摩擦力，樁作為彈性構(gòu)件考慮，樁受到水平外力作用后樁土變形協(xié)調(diào)，任意深度z處所產(chǎn)生的樁側(cè)土水平抗力與該點水平位移成正比，且地基系數(shù)水平反力系數(shù)k（z）隨深度成正比增長，即

（1）

式中：Ps為分布土反力（kPa）;k（z）為樁的水平反力系數(shù) （kN/m3） ;v為樁的水平位移。根據(jù)該公式可以確定不同深度下被動水平土反力壓強[2]。

2.2 m法運用

目前實際應(yīng)用中，k（z）的確定方法運用最廣的就是m法，根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》，擋土構(gòu)件內(nèi)側(cè)嵌固段上土的水平反力系數(shù)可按下列公式計算：

3 實例分析

3.1 工程情況

本次驗算主要對武漢市漢陽市政建設(shè)集團有限公司建設(shè)的墨水湖北路（孟家鋪立交至龍陽大道）工程水上承臺深基坑鋼板樁圍堰進行案例分析。鋼圍堰采用拉森鋼板樁支護[3]，具體參數(shù)如表2和表3所示：

本次計算鋼板樁圍堰樁頂標(biāo)高20.15 m，水面標(biāo)高19.15 m，開挖基坑底標(biāo)高15.65 m，鋼板樁長12 m。

根據(jù)表1，本次圍堰設(shè)計土層包含2-1淤泥層，m取值 4 000 kN/m4;3-1可塑性黏土層，m取值7 500 kN/m4，硬塑黏土層4-1，m取值15 000 kN/m4。

3.2 計算荷載

式中為該層土重度，為內(nèi)摩擦角，為粘聚力。

鋼板樁在各土層中的壓力分布見表4。

從各土層中的壓力分布可以看出，土層2-1、土層3-1由于粘聚力較大，因而根據(jù)朗肯主動土壓力公式計算出來的土壓力出現(xiàn)負值，也就是土出現(xiàn)受拉情況，而土是不受拉應(yīng)力的，故在計算時將此部分（負值）主動土壓力按0進行處理。最后得出修正后的主動土壓力荷載分布如圖4。

3.3 有限元模擬思路

考慮到常規(guī)支護結(jié)構(gòu)其擋土構(gòu)件及受力情況基本相似，可取排樁中單根樁進行模擬。

在建立鋼板樁桿單元后，在被動土壓力區(qū)設(shè)置土彈簧，高度方向每隔0.5m增加節(jié)點，設(shè)置節(jié)點彈簧，即彈簧作用高度a=0.5 m，通過設(shè)置節(jié)點剛度來模擬土彈簧作用。

3.4 荷載施加與水平反力系數(shù)

IV型號拉森鋼板樁寬度b=0.4 m，將每根拉森鋼板樁等效為梁，則施加在梁上的土壓力線荷載為：

根據(jù)圖4所示，被動土壓力區(qū)域高7.5 m，采用土彈簧模擬。

3.5 計算結(jié)果及結(jié)構(gòu)驗算

3.5.1 鋼板樁應(yīng)力結(jié)果

如圖5所示從應(yīng)力圖可以看出，鋼板樁最大應(yīng)力為54.5 MPa，小于210 MPa，強度滿足要求。

3.5.2 穩(wěn)定性驗算

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》4.2.2規(guī)定：嵌固深度應(yīng)符合嵌固穩(wěn)定性要求。

3.5.4 單根鋼板樁支點反力計算結(jié)果

從圖6中可以看出：單根鋼板樁支點反力為11.1 kN。

（責(zé)任編輯：武多多）

參考文獻：

[1]中國建筑科學(xué)研究院. 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 1999.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB（GB 50007—2002）實施[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.