钢板桩计算书2010520

目录

1设计资料 ..................................................... 1 2钢板桩入土深度计算 ........................................... 1 2.1内力计算 ................................................ 1 2.2入土深度计算 ............................................ 2 3钢板桩稳定性检算 ............................................. 3 3.1管涌检算 ................................................ 3 3.2基坑底部隆起验算 ........................................ 4 4围囹检算 ..................................................... 5 4.1工况分析与计算 .......................................... 5 4.1.1工况一 ............................................. 5 4.1.2工况二 ............................................. 6 4.1.3工况三 ............................................. 7 4.1.4工况四 ............................................. 8 4.1.5工况五 ............................................. 9 4.1.6工况七 ............................................ 11 4.1.7工况八 ............................................ 12 4.1.8工况九 ............................................ 13 4.2围囹计算 ............................................... 14 4.2.1顶层围囹 .......................................... 15 4.2.2第一层围囹 ........................................ 16 4.2.3第二层围囹 ........................................ 17

4.2.4第三层围囹 ........................................ 17 4.2.5第四层围囹 ........................................ 18 5对撑和斜撑检算 .............................................. 19

南淝河特大桥连续梁主墩承台 钢板桩围堰施工计算书

1设计资料

(1)桩顶高程H1：8.0m，汛期施工水位：7.0m。

(2)地面标高H0：8m；基坑底标高H3：-1.54m；开挖深度H：9.54m。 (3)封底混凝土采用C30混凝土，封底厚度为1m。

(3)坑内、外土的天然容重加权平均值r1、r2均为：18.9KN/m3；内摩擦角加权平均值??18.8?；粘聚力C：24KPa。

(4)地面超载q：按70吨考虑，换算后为10KN/m2。

(5)钢板桩采用国产拉森钢板桩，选用鞍IV型（新）（见《施工计算手册》中国建筑工业出版社P290页）钢板桩参数 A=98.70cm2，W=2043cm3，

???=200Mpa，桩长18m。

2钢板桩入土深度计算 2.1内力计算

(1)作用在钢板桩上的土压力强度及压力分部见图2.1

根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P284页(5-89、5-90）公式得：

18.8oKa?tg（45?）?0.51

22o18.8oKpi?tg（45?）?1.95

22o钢板桩均布荷载换算土高度h0：

h0?q/r?10/18.9?0.53m

(2)支撑层数及间距

按等弯矩布置确定各层支撑的间距,则拉森Ⅳ型钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度，根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P284页(5-96）公式得：

6???W36?200?105?2043h?3?=2940mm=2.9m

rKa18.9?0.51h1=1.11h=1.11*2.9=3.2m h2=0.88h=0.88*2.9=2.6m h3=0.77h=0.77*2.9=2.2m

根据施工需要调整支撑布置h1=2.1m，h2=2.1m，h3=1.6层数为3层。 受力简图见图2.1

图2.1 钢板桩受力简图

2.2入土深度计算

用盾恩近似法计算钢板桩入土深度

主动土压力系数，被动土压力系数从上可知：Ka?0.51、Kp?1.95

图2.2 钢板桩计算简图

根据假定作用在钢板桩AB段上的荷载ABCD，一半传至A点上，另一半由坑底土压力EBF承受，由图2.2所示，几何关系根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P288页(5-99）公式得：

(Kp?Ka)x2?KaHx?KaHL?0

(1.95?0.51)x2?0.51?9.23x?0.51?9.23?0.84?0

x?6.023m

根据入土部分的固定点，被动土压力合力作用点在离坑底x处，所以钢板桩最下面一跨的跨度为0.84+4.012=4.852m处。

故钢板桩的总长度至少为l?9.54?6.023?15.563m,即钢板桩长度为15.563m，入土深度为6.032m时能保证桩体本身的稳定性，选用18m钢板桩，实际入土深度为8.46m。 3钢板桩稳定性检算 3.1管涌检算

23

管涌的原因主要收水的作用影响，计算时考虑有水一侧，基坑抽水后水头差为h1=8.54m，入土深度h2=x，最短的渗流途径如图2-1所示为h1+h2×2，不产生管涌的安全条件，根据根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P284页(5-107）公式得： K?i?rw?rb

式中K为安全系数取1.7； 水容重取rw?10KN/m3；

土的浮容重为rb?18.9?10?8.9KN/m3； 水力梯度i?H?(H?2x)；

计算得x?3.89m时，不会发生管涌。 所需桩长l?9.54?3.89?13.43m

选用18m钢板桩，则入土深度为8.46，反算抗管涌安全系数K?2.17,不会发生管涌。 3.2基坑底部隆起验算

基底抗隆起稳定性分析采用C,q，h?9.53m抗隆验算方法。 根据《基础工程》中国建筑工业出版社P308页（8-30）公式： 安全系数K?1.7 H?9.54m、C?24KPa、x?8.46m、q?10KN/m2、??18.8?、

Nq?e?tg?tg2(45?)=5.69

2?Nc?(Nq?1)tg?=13.78

?18.9?8.46?5.69?24?13.78=3.54＞1.7

18.9?(9.54?8.46)?10Ks?r2xNq?cNcr1(H?x)?q即钢板桩打入深度8.46m，地基土稳定，不会发生隆起。

4围囹检算 4.1工况分析与计算

工况分析模型加载力按照主动土压力强度pa?Kar(h1?h2)，被动土压力强度pb?Kbrh 4.1.1工况一

参照《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社P284,施作桩顶围囹和支撑后,开挖基坑至+4.6m，即3.4m深，未安装第一道支撑前，钢板桩为顶部简支的单锚浅埋板，则支撑受力为Ra?Ea?Ep。

假定钢板桩所需入土深度为t，

11r(H?t)2Ka??18.9?(3.4?t)2?0.51?4.82(3.4?t)2 2211Ep?Kprt2??1.95?18.9?t2?18.43t2

22Ea?为使钢板桩保持稳定，在钢板桩顶部力矩应等于零 因此最小入土深度

(3EP?2Ea)H(3?18.43t2?2?4.82?(3.4?t)2)?3.4t?? 222(Ea?Ep)2?(4.82?(3.4?t)?18.43t)t?2.81m

Ea?4.82?(3.4?2.81)2?185.879KN

Ep?18.43?2.812?145.525KN

因此Ra?Ea?Ep?40.354KN 剪力为零的点据支撑点的距离

rKKph?Ra?rKah取K=1.53，h=0.84m。 M?40.354?0.84?33.90MPa

M33.90?103????16.59MPa＜200MPa W2043V?Ra

Ra40.35?103????4.08MPa＜[f]?110.5MPa 2A98.7?10故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.2工况二

安装好第一道支撑，开挖至标高+2.5，即5.5m深，第二道支撑没有施作。此时钢板桩可看作为在桩顶和第一道支撑处简支，基坑以下2m处固结的连续梁结构。则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?88.51KN、Mmax?88.5KN?m，最大支撑反力

104.82KN。作用在第一层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M88.5?103????10?3?43.3MPa＜????200MPa ?6W2043?10Vmax88.51?103????8.97MPa＜[f]?110.5MPa 2A98.7?10故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.3工况三

安装好第二道支撑，继续开挖至标高+0.4m处，即基坑7.6m深，此时钢板桩可看作为在桩顶、第一和第二道支撑处简支，在基底以下2m处固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?137.84KN、Mmax?128.45KN?m，最大支撑反力161.45KN。作用在第二层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M128.45?103????10?3?62.9MPa＜????200MPa ?6W2043?10Vmax137.84?103????13.97MPa＜[f]?110.5MPa 2A98.7?10故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.4工况四

安装好第三道支撑，继续开挖至基坑底，底标高-1.54m处，即基坑9.54m深，此时钢板桩可看作为在桩顶、第一道、第二道和第三道支撑处简支，在基底以下2m处固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?175.91KN、Mmax?153.30KN?m，最大支撑反力223.79KN。作用在第三层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M153.30?103????10?3?75.0MPa＜????200MPa ?6W2043?10Vmax175.91?103????17.82MPa＜[f]?110.5MPa 2A98.7?10故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.5工况五

安装好第四道围囹和支撑，继续开挖至封底混凝土底面，即标高为-2.54m，此时钢板桩可看做为在桩顶、第一道到第四道支撑处简支，在基底以下2m处固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?168.12KN、Mmax?126.16KN?m，最大支撑反力

228.10KN。作用在第四层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M126.16?103????10?3?61.8MPa＜????200MPa ?6W2043?10Vmax168.12?103????17.03MPa＜[f]?110.5MPa 2A98.7?10故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.6工况六

安装好第四道支撑，清基，灌注封底混凝土，待强度达到设计要求后，封底混凝土作为第一道支撑，拆除第四道支撑和围囹，拆除第三道支撑，围囹保留，此时钢板桩可视为在桩顶、第一道、第二道支撑和第三道围囹处简支，封底混凝土顶固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?203.10KN、Mmax?155.67KN?m，第三层最大反力为155.351KN，作用在第三层围囹处、第二层支撑最大反力160.007KN作用在第二层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M155.67?103?3????10?76.20MPa＜????200MPa ?6W2043?10Vmax203.1?103????20.58MPa＜[f]?110.5MPa

A98.7?102故此工况下钢板桩能够满足要求。 封底混凝土需要的强度

P?Vmax、假设是支撑，则面积A?0.125m2

P203.1?103??K?1.5??2.4MPa。

A0.125?1064.1.6工况七

第一层承台施工完毕，拆模，养生至强度达到20Mpa以上时，恢复第三道支撑，临时支撑在第一层承台侧壁上，拆除第二道支撑，围囹保留。此时钢板桩可视为在桩顶、第一道、第三道支撑和围囹处简支，在封底顶固结的连续梁，建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?131.84KN、Mmax?77.51KN?m，第三层最大反力为227.21KN，作用在第三层支撑及围囹处、第二层支撑最大反力101.21KN作用在第二层围囹处。

则此时钢板桩的应力为

M77.51?103?3????10?37.94MPa＜????200MPa ?6W2043?10Ra131.84?103????13.36MPa＜[f]?110.5MPa

A98.7?102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.7工况八

第二层承台施工完毕，拆模，养生至强度达到20MPa以上时，恢复第二道支撑，临时支撑在第二层承台侧壁上，拆除第三层围囹和支撑，回填基坑至第二层围囹底，拆除第二层围囹和支撑，此时钢板桩可视为桩顶、第一道支撑和围囹处简支，在原第二层围囹以下2m处固结的连续梁结构，建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax?78.11KN、Mmax?60.31KN?m，第一层支撑最大反力97.84KN作用在第一层围囹处。

则此时钢板桩的应力为

M60.31?103????10?3?29.52MPa＜????200MPa ?6W2043?10Ra78.11?103????7.91MPa＜[f]?110.5MPa 2A98.7?10故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.8工况九

第二道围囹和支撑拆除后继续回填至第一道围囹和支撑处，拆除第一道围囹和支撑，工况回到工况一，已经经过检算钢板桩能满足受力要求。

通过以上计算可知，在八种工况下采用IV型拉森钢板桩受力均能满足要求。 4.2围囹计算

围囹设四个脚撑和两道对撑，结构如下图

围囹及支撑结构图（m）

各工况下层围囹受力情况如下表所示：

围囹受力 工况 工况一 工况二 工况三 工况四 工况五 工况六 工况七 顶层 40.354 8.76 9.4 13.21 13.21 9.4 9.4 围囹受力（KN/延米） 第一层 第二层 第三层 0 0 0 104.82 0 0 69.88 161.45 0 69.88 101.21 223.79 69.88 101.21 126.61 69.88 160.007 155.351 99.24 101.21 227.21 第四层 0 0 0 0 228.10 0 0 工况八 工况九 最大值 7.54 40.354 40.354 97.84 0 104.82 0 0 161.45 0 0 227.21 0 0 228.10 4.2.1顶层围囹

最大支撑反力40.354KN/m，即为作用在围囹上的均布荷载顺桥向围囹建模平面如下：

受力布置图（KN/m）

剪力图(KN)

弯矩图（KN·m）

围囹受力：Vmax?90.80KN、Mmax?56.29KN?m，斜撑最大支撑反力为107.00KN

横桥向围囹建模平面如下：

受力布置图（KN/m）

剪力图(KN)

弯矩图（KN·m）

围囹受力：Vmax?73.65KN、Mmax?40.5KN?m，对撑最大支撑反力为134.18KN，斜撑最大支撑反力为85.60KN。

围囹所需截面：

56.29?103?333W???0.26?10m?260cm 6???215?10M选用I40a工字钢，W?1086cm3,I?21714cm4，tf?16.5mm，tw?10.5mm，

S?626.05cm3，I/S?21714/626.05?34.68cm

Mmax56.29?103????51.83MPa＜［?］?215MPa

W1086VS73.65?103????20.23MPa＜[f]?110.5MPa Itw346.8?10.5故顶层围囹采用I40a工字钢能满足受力要求。 4.2.2第一层围囹

最大支撑反力104.82KN/延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为4.2.1的104.82/40.35=2.59，故围囹受力：

Vmax?90.80?2.6?236.08KN、Mmax?56.29?2.6?146.35KN?m，对撑最大反力

134.18?2.6?348.87KN，斜撑最大支撑反力为107?2.6?278.2KN。

围囹所需截面：

146.35?103?333W???0.681?10m?681cm 6???215?10M选用I40a工字钢，W?1086cm3,I?21714cm4，tf?16.5mm，tw?10.5mm，

S?626.05cm3，I/S?21714/626.05?34.68cm

Mmax146.35?103????134.76MPa＜［?］?215MPa

W1086VS236.08?103????64.83MPa＜[f]?110.5MPa Itw346.8?10.5故顶层围囹采用I40a工字钢能满足受力要求。 4.2.3第二层围囹

最大支撑反力161.45KN/延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为4.2.1的161.45/40.35=4.001，故围囹受力：围囹受力：Vmax?90.80?4.001?363.29KN、Mmax?56.29?4.001?225.216KN?m，对撑最大反力134.18?4.001?536.85KN，斜撑最大支撑反力为107?4.001?428.11KN。

围囹所需截面：

225?103?333W???1.047?10m?1047cm

???215?106M选用I50c工字钢，W?2012.98cm3,I?50324.53cm4，tf?20mm，tw?16mm，

S?1200.8cm3，I/S?50324.53/1200.8?41.9cm

Mmax225.216?103????111.9MPa＜［?］?215MPa

W2012.98VS363.29?103????54.2MPa＜[f]?110.5MPa Itw419?16故顶层围囹采用I50c工字钢能满足受力要求。 4.2.4第三层围囹

最大支撑反力227.21KN/延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为4.2.1的227.21/40.35=5.63，故围囹受力：

Vmax?90.80?5.63?511.2KN、Mmax?56.29?5.63?316.91KN?m，对撑最大反力

134.18?5.63?755.43KN，斜撑最大支撑反力为107?5.63?602.41KN。

围囹所需截面：

316.91?103W???1.474?10?3m3?1474cm3 6???215?10Mtw?16mm，W?2012.98cm3,I?50324.53cm4，选用双I50c工字钢，tf?20mm，

S?1200.8cm3，I/S?50324.53/1200.8?41.9cm

Mmax316.91?103????157.4MPa＜［?］?215MPa

W2012.98VS511.2?103????76.3MPa＜[f]?110.5MPa Itw419?16故顶层围囹采用I50c工字钢能满足受力要求。 4.2.5第四层围囹

最大支撑反力228.1KN/延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为4.2.1的228.1/40.35=5.65，故围囹受力：

Vmax?90.80?5.65?513.0KN、Mmax?56.29?5.65?318.04KN?m，对撑最大反力

134.18?5.65?758.12KN，斜撑最大支撑反力为107?5.65?604.55KN。

围囹所需截面：

318.04?103W???1.479?10?3m3?1479cm3 6???215?10M选用I50c工字钢，W?2012.98cm3,I?50324.53cm4，tf?20mm，tw?16mm，

S?1200.8cm3，I/S?50324.53/1200.8?41.9cm

Mmax318.04?103????158.0MPa＜［?］?215MPa

W2012.98VS513?103????76.5MPa＜[f]?110.5MPa Itw419?16故顶层围囹采用I50c工字钢能满足受力要求。 5对撑和斜撑检算

对撑和斜撑采用螺旋钢管桩，各工况下斜撑和对撑受力情况如下表所示：

支撑受力 支撑位置 斜撑 对撑 最大值 顶层 107 134.18 第一层 278.2 348.81 支撑受力 第二层 428.11 536.85 758.12 第三层 602.41 755.43 第四层 604.55 758.12 对撑承受轴向力，最大为758.12KN，为对撑处，采用φ400钢管，管壁厚t?14mm，??400mm，i?137.3mm，A?17065.13mm2，W?1599753mm3，最长对撑i0?16.5m。

根据长细比??io/i?120.17，查《钢结构设计规范》附表得稳定系数

?=0.43。

自重弯矩

ql278.5?0.017?16.52Mmax???45.415KN?m

88NMmax758.12?10345.415?106??????131.70＜?f??215MPa ?AW0.43?17065.131599753满足要求。

综上计算可知，采用拉森IV型钢板桩作为基坑开挖防护结构，长18m，顶标高+8.0m，入土深度8.46m，顶层围囹采用I40a工字钢能满足要求，第一层围囹采用I40a工字钢能满足要求，第二层围囹、第三层围囹、第四层围囹采用I50c均能满足要求。对撑斜撑采用φ400螺旋钢管，壁厚14mm钢管能满足要求。

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