GEO5钢板桩围堰支护分析案例

       某桥梁主墩采用钢板桩围堰支护后，开挖基坑，浇筑基础。基坑尺寸26.4m*26.4m，设计开挖深度10.37m，围护结构钢板桩采用PU400*170，并采用两层钢管双角撑，第一层支撑深度1.36m，第二层深度4.86m，短角撑长度2.97m，长角撑长度11.45m，角撑和围堰两边交角均为45°，钢支撑使用φ630*8mm型号钢管，在支撑所在高程设置2*56a工字型钢围囹。

       平面布置图如下，采用GEO5深基坑支护结构分析模块，分析基坑从开挖到支撑，再到回填和拆撑的各个工况围护结构的变形和内力变化情况。

图1：钢板桩围堰平面布置图

1、工况1

       设置钢板桩长度17.7m，开挖深度2m，从距离桩底3.33m位置起对被动区土体加固，加固深度4m，加固宽度26m。坑外地下水位1.37m。

图2：工况1被动区土体加固

第一工况位移和内力情况如下：

图3：工况1位移和内力分析结果

2、工况2

       在深度1.36m处添加两道角撑。由于GEO5只能在同一高度添加一道支撑，所以第二道支撑建议在深度位置浮动0.01m设置。此外，角撑不同于横撑，在计算角撑刚度时需要进行换算，具体换算原则参考在GEO5基坑模块中角撑能否考虑。

       对于本例，经换算后，短角撑支撑长度，同理，长角撑长度为22.9m。支撑水平间距按照角撑所分担的土体计算宽度，本例中为基坑边长的1/4，既6.32m。另外，角撑两端条件对称，所以支撑不动点调整系数取λ=0.5，其他参数根据钢支撑材料相应输入。

图4：钢支撑参数输入

支撑加上后，在本例中继续开挖到深度5.5m。得到第二工况位移和内力情况如下：

图5：第二工况位移和内力分析结果

3、工况3

       在深度4.86m处添加另外两道角撑，添加方式同工况二中相同。坑内注水，坑内水位深度5.47m，进行水下开挖，开挖到坑底10.37m深度。

图6：第三工况坑内坑外地下水设置

得到第三工况位移和内力如下：

图7：第三工况位移和内力分析结果

4、工况4

       在工况3开挖到坑底的基础上，进行水下封底操作，封底混凝土厚度1.3m。在GEO5当中不能直接模拟封底操作，但封底的作用类似于支座，可以限定维护结构两侧的变形，所以本例以固定支座的方式模拟封底。

图8：用固定支座模拟封底

得到第四工况位移和内力如下：

图9：第四工况位移和内力分析结果

5、工况5

       抽掉坑内的水后，得到第五工况位移和内力：

图10：第五工况位移和内力分析结果

6、工况6

       该工况模拟在坑内回填砂土后的结构受力。在前述开挖到底的基础上，新的工况可以在“开挖”界面中添加坑底上覆土，根据覆土厚度调整此时的基坑深度为6.37m。

图11：坑内回填覆土参数输入

得到第六工况位移和内力：

图12：第六工况位移和内力分析结果

7、工况7

       拆除4.86m处的两道支撑，得到第七工况位移和内力：

图13：第七工况位移和内力分析结果

       由于本案例分析只到拆除第二道支撑，当然后续还可以继续模拟回填后拆掉第一道支撑。通过以上各工况的模拟，可以实现钢板桩支撑围堰开挖、加角撑、水下封底、基坑回填、拆撑等不同阶段的围护结构变形、内力和稳定性的计算。