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摘要：新建跨河桥梁位于旧桥拆除位置时，水下情况存在异常，难以按照常规基坑支护方案来组织施工。本文结合某工程低净空跨河桥梁Z2#台基坑支护验算情况，验算了大面积基坑钢板桩及内钢筒柱支护相结合的方案的可行性，为同类基坑支护方案提供了一定的参考。
关键词：基坑；支护；低净空；围檩；双拼H型钢
1 工程概况
某工程跨河老桥拟拆除重建，新建桥梁左线Z2#墩位于老桥区域，桥梁上跨径河下穿硚孝高速正下方。河内覆土顶标高15.52m，最高水位19.63m，常水位18.8m。桥梁桩基施工采用钢平台，钢平台顶标高20.33m，Z2#系梁底标高13.616m。
桩基施工完成后，拆除施工平台面层钢板、12.6工字钢、25b工字钢和45b工字钢，然后打设拉森钢板桩支护施工桩基系梁和墩柱。
2 基坑支护方案设计
由于桥梁净空受限，水下老桥基础导致钢板桩无法沿系梁外周打入，而且受径河河水保护政策限制，不能隔断水流填土筑岛围堰。依据以上情况并结合现场实际，Z2#系梁基坑拟采用扩大基坑围堰方案。单个围堰长20.5m宽18.36m。围堰外侧四周满打钢板桩。钢板桩四周距顶面1m处焊
接第一道围檩。围堰内部利用原施工平台钢管桩，在第一道围檩高程面焊接牛腿布置双拼H型钢作为围檩，再间距布置钢管支撑及角部H型钢斜撑。在系梁区域焊接第二道围檩，距第一道围檩高度为2.5m。
3 基坑围堰有限元计算
基于以上设计方案，建立有限元模型。钢板桩桩身内力、强度、刚度、位移以及钢围檩、内支撑计算强度和稳定性验算采用midas Civil2015设计软件进行计算。
本次计算土压力采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力和基坑外侧有效土压力。
3.1 计算参数
（1）钢板桩截面特性
表1 钢板桩相关截面参数
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（2）材料特性
表2 围堰各构件截面参数
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表3 材料参数
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3.2 计算荷载
（1）自重
自重按公式按（3.2-1）计算
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（3.2-1）
其中，
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为计算模型单元的自重（kN）；
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为计算模型所用材料重度（kN/ m3）；
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为计算模型单元的相应体积（m3）。
（2）水压力
水压力公式按（3.2-2）、（3.2-3）计算
Pw=
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（3.2-2）
F=
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（3.2-3）
其中，
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为水的重度（10kN/m3）；h为水深度，Si为水压力作用单元面积。
本次计算中，钢板桩长9m，高出水面0.5m，入土深度5.2m。水面高出淤泥面3.3m，根据式（3.2-2），水压力荷载最大85KN/m2计。
（3）土压力
粘性土：
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式中
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为该层土重度，
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为内摩擦角，
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为粘聚力。
土层由于粘聚力较大，根据朗肯主动土压力公式计算出来的土压力出现负值，也就是土出现受拉情况，而土是不受拉应力的，故在计算时主动土压力按非黏土进行处理。
3.3 钢板桩围堰模型
（1）围堰整体模型
根据Z2台系梁位置及现场钢管柱位置，建立整体模型。其中，钢板桩按整体板单元建立，厚度15.5mm；围檩、支撑、钢筒柱为梁单元。
（2）水压力、土压力荷载施加
水压力按流体压力荷载施加至钢板桩单元外侧，按最大深度8.5m施加。
土压力等效为流体压力施加。挖土时仅考虑挖除桩基、系梁范围的土，内侧远离基坑一侧进行放坡，故土压力仅考虑临近基坑侧边的土压力。
3.4 基坑围堰计算结果
（1）钢板桩计算结果
表6 钢板桩应力结果（MPa）
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钢板桩有效应力189Mpa<210MPa，最大剪切应力100MPa<160MPa，满足要求。
（2）围檩计算结果
应力结果：
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可以看出最大弯曲应力为下层围檩160Mpa<210MPa，最大剪切应力85MPa<160MPa，满足要求。
（3）内支撑计算结果
应力结果：如内支撑应力最大值为151MPa<210MPa满足要求。
内力结果：横向内支撑内力为267kN。
稳定性验算：
横向内支撑300*12钢管
i=
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（11276/108.6）0.5=10.2cm，λ=
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=48，
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=0.858
σ=N/
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A=267×103/（0.858×108.6×10-4）=28.6MPa＜[f]=210 MPa，故横向内支撑稳定性满足要求。
（4）角撑计算结果
应力结果：
由角撑内力为591kN。
斜向内支撑300*300H型钢
i=13.05cm，λ=
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=42，
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=0.879
σ=N/
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A=591×103/（0.879×117×10-4）=57.5MPa＜[f]=210 MPa，故角撑稳定性满足要求。
4 实施情况跟踪检查
施工时，受净空影响，基坑外侧四周先打入6m钢板桩再行焊接3m钢板桩，顶部露出水面0.5m。钢板桩四周距顶面1m处焊接第一道围檩，围檩采用双拼H300*300型钢，保证连续且与板桩连接密实。围檩下钢牛腿为350*250*12钢板，间距为2m。在第一道围檩高程面，利用围堰内部原施工平台钢管桩侧壁焊接牛腿布置双拼H300*300型钢，再间隔布置300*12的钢管支撑及角部H300*300斜撑。第一道支撑体系加设完毕后，开始进行钢板桩堵漏和抽水作业。基坑内水抽干后进行系梁范围内第二道支撑体系焊接。第二道支撑距第一道支撑2.5m，支撑内围檩和角撑采用单个H300*300型钢，支撑采用300*12的钢管，平面布置与第一道支撑相同。
第二道支撑体系焊接完毕进行挖土作业。土方采用长臂挖机，挖除系梁范围内的土方，其余部位采用留土反压，系梁北侧土方进行放坡。湖底淤泥进行清除，系梁钢筒柱范围填置好土保证钢筒柱稳定。
5 结论
（1）基坑支护方案设计时，其结构强度和稳定性需经过验算。
（2）有限元验算时，第一道围囹变形过大，宜更换为双拼H型钢方能满足要求。
（3）为保证基坑支护结构力的合理传递，支护结构宜对称设置。支护桩需保证入土深度，入土不足时宜反向堆土保证稳定。
参考文献：
[1]GB 50017-2017，钢结构设计标准[S].
[2]邢文榜.基于MIDAS/Civil的土压力实用计算方法[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（19）.