支护桩计算书

新建杭州至长沙铁路客运专线工程浙江段

支护桩计算书

编 制： 王仁淑

复 核：

审 核：

中铁四局集团公司

二〇一一年五月

1.工程概况

汤溪特大桥于DK192+718处上跨既有沪昆线，新建铁路与既有铁路夹角19°,跨越处铁路宽13m，对应既有沪昆里程为K395+338，新线铁路采用门式墩＋24简支跨越，通行净空按7.96m考虑。

承台开挖施工时，因承台边线距离既有铁路距离较近，按1：1.5放坡开挖，开挖边坡线在安全线外，承台施工时必须对既有铁路做防护桩才能进行承台开挖。

2.支护桩的布置

根据营业线路基横断面结构尺寸、与基坑的位置关系、承台设计尺寸以及底设计标高，计划营业线安全放坡边线范围以内的基坑开挖采用支护桩进行防护，根据现场实测，汤溪特大桥邻近营业线基坑开挖深度均在5m范围以内。取离营业线最近，开挖深度为4.9米的371#墩K3桩作为设计计算依据。

3.支护桩的设计

支护桩采用φ1.00m挖孔桩，混凝土等级C30，桩身配筋根据开挖完成时工况设计。支护桩采用人工挖孔，每开挖1m浇筑1m钢筋混凝土护壁，护壁混凝土等级C30，厚度20cm。护壁等强后进行下一层开挖，直至设计桩底。

4.工况计算

4.1.工况一

4.1.1.支护概况及布置图

开挖深度4.9m以内的基坑支护采用直径1.00m挖孔桩，设计桩长10m，其中基底以下锚固长度5 .1m，查阅《高速铁路设计规范（试行）》TB10621-2009,列车竖向荷载、铁路线路结构可换算成土柱，分布宽度3.3m，分布高度3.1m，距坑边距3.6m,

4.1.2.土压力的确定

桩板墙所受的主动土压力采用公式：eajk??ajkKai?2cikKai计算。 Kai：主动土压力系数：Kai?tg2(45?? ?ajk??rk??0k??1k

?ik2)

1

?rk：计算点深度zj处自重竖向应力。 ?0k：基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值。

?1k：基坑外侧深度CD范围内附加竖向应力标准值。

桩板墙所受的被动土压力采用公式：epjk??pjkKpi?2cikKpi计算。 Kpi：被动土压力系数：Kpi?tg2(45?? ?pjk??mjzj

4.1.3.支护桩简算

采用理正深基坑支护软件进行计算： [ 支护方案 ]最大开挖深度4.90m

排桩支护

?ik2)

2

---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 内力计算方法 规范与规程 基坑等级 基坑侧壁重要性系数γ0 基坑深度H(m) 嵌固深度(m) 桩顶标高(m) 桩截面类型 └桩直径(m) 桩间距(m) 混凝土强度等级 有无冠梁 放坡级数 超载个数 支护结构上的水平集中力 增量法 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 一级 1.00 4.900 5.100 0.000 圆形 1.000 1.500 C30 无 0 1 0

---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 超载 类型 序号 1 超载值 (kPa,kN/m) 作用深度 (m) 0.000 作用宽度 (m) 3.300 距坑边距 (m) 3.600 形式 --- 长度 (m) --- 60.500

---------------------------------------------------------------------- [ 附加水平力信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 水平作用类型 水平力值 作用深度 是否参与 是否参与 力 序号 (kN) (m) 倾覆稳定 整体稳定

---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 土层数 内侧降水最终深度(m) 弹性计算方法按土层指定

3 15.000 √ 坑内加固土 外侧水位深度(m) 弹性法计算方法 否 15.000 --- 3

---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

---------------------------------------------------------------------- 层号 1 2 3

层号 与锚固体摩 粘聚力 内摩擦角 擦阻力(kPa) 水下(kPa) 水下(度) 1 2 3 25.0 60.0 140.0 --- --- --- --- --- --- 水土 --- --- --- 计算方法 m,c,K值 抗剪强度 (kPa) m法 m法 m法 4.00 10.00 10.00 --- --- --- 土类名称 素填土 粘性土 圆砾 层厚 (m) 2.14 4.66 3.30 重度 3(kN/m) 18.0 18.3 25.0 浮重度 3(kN/m) --- --- --- 粘聚力 (kPa) 3.00 25.00 30.00 内摩擦角 (度) 15.00 11.00 13.00

---------------------------------------------------------------------- [ 土压力模型及系数调整 ]

---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

1 2 3 水压力 调整系数 1.000 1.000 1.000

主动土压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 被动土压力 调整系数 1.000 1.000 1.000 被动土压力 最大值(kPa) 10000.000 10000.000 10000.000 层号 土类名称 水土 素填土 粘性土 圆砾 合算 分算 合算

---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 工况 号 1

工况 类型 开挖 深度 (m) 4.900 支锚 道号 --- 4

---------------------------------------------------------------------- [ 设计结果 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 各工况：

内力位移包络图：

5

地表沉降图：

---------------------------------------------------------------------- [ 截面计算 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 截面参数 ] 桩是否均匀配筋 混凝土保护层厚度(mm) 桩的纵筋级别 桩的螺旋箍筋级别 桩的螺旋箍筋间距(mm) 弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 配筋分段数 各分段长度(m)

[ 内力取值 ] 段 内力类型 号 弹性法 计算值 0.00 217.91 106.69 经典法 计算值 0.00 148.40 70.85 钢筋 实配值 24D16 D12@150 D14@2000 内力 设计值 0.00 231.52 133.37 内力 实用值 0.00 231.52 133.37 是 20 HRB335 HRB335 150 0.85 1.00 1.25 一段 10.00 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 1 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN)

段 选筋类型 号 1 纵筋 箍筋 级别 HRB335 HRB335 HRB335 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 4825[4712] 1508[1064] 154

加强箍筋 6

---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

----------------------------------------------------------------------

计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m

滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 2.065 圆弧半径(m) R = 8.559 圆心坐标X(m) X = -0.415 圆心坐标Y(m) Y = 3.341

---------------------------------------------------------------------- [ 抗倾覆稳定性验算 ]

---------------------------------------------------------------------- 抗倾覆安全系数:

Ks?MpMa

Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力

7

决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。 Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 工况1：

Ks = 2.308 >= 1.200, 满足规范要求。 ----------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 抗隆起验算 ]

----------------------------------------------------------------------

1547.952 ?0.000Ks?670.619

Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

8

Ks?DNq?cNc?H?D??q o

??Nq?tan 45?2?? 2etan Nc??Nq?1?1tan

??Nq?tan 45?13.00021??2e3.142tan13.000?3.264 N??3.264?1?ctan13.000?9.807

Ks = 2.873 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

DNq?cNc Ks??H?D??q K?22.504?5.100?3.264?30.000?9.807s20.380??4.900?5.100??28.935

? ? Nq?12e?34?2o?tancos?3445?2?2??22 Nc??Nq?1? 1tan 13.000 Nq?12e??3.142?tan13.000cos?45?113.000? ?2?3.634

N??3.634?1?c tan13.000?11.410 KS?22.504?5.100?3.634?30.000?11.41020.380??4.900?5.100??28.935 Ks = 3.262 >= 1.15, 满足规范要求。

9

[ 隆起量的计算 ]

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!

n?0.5

式中 δ———基坑底面向上位移(mm);

n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

3

ri———第i层土的重度(kN/m)；

33

地下水位以上取土的天然重度(kN/m)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m); hi———第i层土的厚度(m);

q———基坑顶面的地面超载(kPa); D———桩(墙)的嵌入长度(m); H———基坑的开挖深度(m);

c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa); φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

3

r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m);

??8753?16??i?1ihi?q??125??DH?6.37c?0.04?tan??0.54 ??8753?16??89.0?28.9??125???5.14.9?0.5?6.37?20.4?30.0?0.04??tan13.00??0.54 δ = 61(mm)

---------------------------------------------------------------------- [ 嵌固深度计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 嵌固深度计算参数： 嵌固深度系数 抗渗嵌固系数 1.200 1.200

嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，规范公式如下 hp∑Epj - βγ0ha∑Eai>=0 β = 1.200 ， γ0 = 1.000

hp = 1.268m，∑Epj = 348.763 kPa ha = 2.729m，∑Eai = 133.297 kPa 得到hd = 3.100m

10

[ 支护方案 ]最大开挖深度3.50m

排桩支护

---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 内力计算方法 规范与规程 基坑等级 基坑侧壁重要性系数γ0 基坑深度H(m) 嵌固深度(m) 桩顶标高(m) 桩截面类型 └桩直径(m) 桩间距(m) 混凝土强度等级 有无冠梁 放坡级数 超载个数 支护结构上的水平集中力

增量法 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 一级 1.00 3.500 3.000 0.000 圆形 1.000 1.500 C30 无 0 1 0 11

---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 超载 类型 序号 1 超载值 (kPa,kN/m) 作用深度 (m) 0.000 作用宽度 (m) 3.300 距坑边距 (m) 3.600 形式 --- 长度 (m) --- 60.500

---------------------------------------------------------------------- [ 附加水平力信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 水平作用类型 水平力值 作用深度 是否参与 是否参与 力 序号 (kN) (m) 倾覆稳定 整体稳定

---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 土层数 内侧降水最终深度(m) 弹性计算方法按土层指定 2 15.000 √ 坑内加固土 外侧水位深度(m) 弹性法计算方法 否 15.000 ---

---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

---------------------------------------------------------------------- 层号 1 2

层号 与锚固体摩 粘聚力 内摩擦角 擦阻力(kPa) 水下(kPa) 水下(度) 1 2

土类名称 素填土 粘性土 层厚 (m) 2.14 4.66 重度 3(kN/m) 18.0 18.3 浮重度 3(kN/m) --- --- 水土 --- --- 粘聚力 (kPa) 3.00 25.00 内摩擦角 (度) 15.00 11.00 计算方法 m,c,K值 抗剪强度 (kPa) m法 m法 4.00 10.00 --- --- 25.0 60.0 --- --- --- --- 12

---------------------------------------------------------------------- [ 土压力模型及系数调整 ]

---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

1 2 水压力 调整系数 1.000 1.000

主动土压力 调整系数 1.000 1.000 被动土压力 调整系数 1.000 1.000 被动土压力 最大值(kPa) 10000.000 10000.000 层号 土类名称 水土 素填土 粘性土 合算 分算

---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 工况 号 1 工况 类型 开挖 深度 (m) 3.500 支锚 道号 ---

---------------------------------------------------------------------- [ 设计结果 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]

----------------------------------------------------------------------

13

各工况：

内力位移包络图：

14

地表沉降图：

---------------------------------------------------------------------- [ 截面计算 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 截面参数 ] 桩是否均匀配筋 混凝土保护层厚度(mm) 桩的纵筋级别 桩的螺旋箍筋级别 桩的螺旋箍筋间距(mm) 弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 配筋分段数 各分段长度(m)

[ 内力取值 ] 段 内力类型 号 弹性法 计算值 0.00 60.81 46.14 经典法 计算值 0.00 47.95 23.39 钢筋 实配值 24D16 D12@150 D14@2000 内力 设计值 0.00 64.61 57.67 内力 实用值 0.00 64.61 57.67 是 20 HRB335 HRB335 150 0.85 1.00 1.25 一段 6.50 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 1 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN)

段 选筋类型 号 1 纵筋 箍筋 级别 HRB335 HRB335 HRB335 实配[计算]面积 (mm2或mm2/m) 4825[4712] 1508[1064] 154

加强箍筋 15

---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

----------------------------------------------------------------------

计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m

滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 1.651 圆弧半径(m) R = 7.669 圆心坐标X(m) X = 0.417 圆心坐标Y(m) Y = 4.647

---------------------------------------------------------------------- [ 抗倾覆稳定性验算 ]

---------------------------------------------------------------------- 抗倾覆安全系数:

Ks?MpMa

Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。 Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

16

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 工况1：

139.337 Ks = 2.828 >= 1.200, 满足规范要求。 ----------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 抗隆起验算 ]

----------------------------------------------------------------------

Ks?394.133 ?0.000

Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

Ks?DNq?cNc?H?D??q o

??Nq?tan45?2??2etan 17

Nc??Nq?1?1tan

??Nq?tan 45?11.00021??2e3.142tan11.000?2.710 N??2.710?1?c Ks?tan11.000?8.798 18.300?3.000?2.710?25.000?8.79818.201??3.500?3.000??28.935 Ks = 2.504 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

DNq?cNc Ks??H?D??q

? ? Nq?12e?34?2o?tancos?3445?2?2??22 Nc??Nq?1? 1tan 11.000 Nq?12e??3.142?tan11.000cos?45?111.000? ?DH2?2.975

N??2.975?1?c tan11.000?10.16318.201??3.500?3.000??28.935 Ks = 2.834 >= 1.15, 满足规范要求。

[ 隆起量的计算 ]

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!

n?0.5 KS?18.300?3.000?2.975?25.000?10.163

??8753?16??i?1ihi?q??125???6.37c?0.04?tan??0.54 18

式中 δ———基坑底面向上位移(mm);

n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

3

ri———第i层土的重度(kN/m)；

33

地下水位以上取土的天然重度(kN/m)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m); hi———第i层土的厚度(m);

q———基坑顶面的地面超载(kPa); D———桩(墙)的嵌入长度(m); H———基坑的开挖深度(m);

c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa); φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

3

r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m);

??8753?16??63.4?28.9??125???3.03.5?0.5?6.37?18.2?25.0?0.04??tan11.00??0.54 δ = 75(mm)

---------------------------------------------------------------------- [ 嵌固深度计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 嵌固深度计算参数： 嵌固深度系数 抗渗嵌固系数 1.200 1.200

嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，规范公式如下 hp∑Epj - βγ0ha∑Eai>=0 β = 1.200 ， γ0 = 1.000

hp = 0.688m，∑Epj = 121.279 kPa ha = 1.862m，∑Eai = 36.523 kPa 得到hd = 1.500m

19

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y4jo.html