钢板桩支护计算书(有围檩内支撑改11)

钢板桩支护验算计算书

一、工程概况

本标段的三座框架桥。位于穂莞深城际铁路新塘至洪梅段中堂动车所内。桥址区属于珠江三角洲滨海平原区，地势平坦。主要用于河涌排洪。

JXDK1+676框架桥（1*15m-5m）与中堂运用所正线斜交67°，全桥长18.03m，斜宽167.76m，底板厚1.2m，边墙厚0.8m，顶板厚0.9m，全桥为一跨结构；地表标高为1.9-2.2m，基坑底标高-2.48m~-2.31m，基坑开挖深度4.2m~4.5m。 二、钢板桩支护结构施工方案

我局管段穗莞深城际SZH-6标，桥位均处于软土及水涌中，框架桥基坑开挖均采用钢板桩支护；河涌段水位较浅，先设草袋围堰施工框架桥基础，开挖时再设钢板桩支护。支护墙体采用9m长钢板桩，钢板桩基坑顶处设置300*300的H型钢围檩，支撑体系采用内支撑形式，采用Ф325*6mm钢管，长18.6m，间距6m。 1、钢板桩支护

1）钢板桩的选用

采用拉森Ⅲ型钢板桩（B＝400mm，H=125mm，t＝13mm）。考虑地质情况和开挖深度的需要，施工采用浅埋单层支点排桩墙，选用9m长度的钢板桩。 2、钢板桩的插打

总体施工流程：

施工准备→测量定位→打钢板桩→钢板桩合拢→钢板桩外拉锚→清底→封底→垫层→底板施工→脚手架架设→顶板、边墙施工→钢板桩围堰拆除。

钢板桩采用逐片插打逐渐纠偏直至合拢，插打时利用挖掘机或吊车附带钢丝绳吊起后，液压振动捶夹板夹住钢板桩到位，按要求沿框架桥四周每边外放1.5米要求,振动锤边振动边插打。为了确保插打位置准确，第一片钢板桩要从两个互相垂直的方向同时控制，确保其垂直度在0.5%内，然后以此为基础向两边插打。考虑到水位高的因素，转交处使用特制角桩插打，整个钢板桩形成一个整体，达到安全止水的最佳效果。

3、钢支撑结构形式

为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩墙体支撑体系尤为重要。具体支撑及安装位置见附图1，支撑结构材料如下：

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1）钢板桩支护墙体坡顶处采用300*300的H型钢围檩，每个对角采用三块300mm×300mm×10mm钢板连接；对角斜撑采用两300*300的H型钢，对角处用四块250mm×250mm×10mm钢板连接。在钢板桩竖向放出围檩安装位置，每隔3m焊接牛腿1个。

2）钢板桩支撑体系采用内支撑，支撑体系采用Ф325*6mm钢管，长18.6m，间距6m。

三、参数信息

1、钢板桩长9m，拉森钢板桩的主要性能参数见下表：

拉森钢板桩技术参数表

钢板桩示意图及钢板桩围堰示意图见下图。

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钢板桩锁口

2、地质参数 1)土层分布情况：

第一层：（1），Q4ml素填土，厚度约0.3～1.5m；

第二层：（2）1，Q4alm淤泥，流塑，I,σ0=40kPa，厚度约6.2～6.9m，天然密度ρ=1.6 (g/cm3) ，粘聚力c=5.25 KPa，内摩擦角φ=8.37°；

（1）淤泥质土的容重值：16KN/m3 ；内摩擦角值：8.37°；粘聚力C=5.25KPa。参考中交一局桥梁施工地勘报告土层物理力学性能指标资料取值。

第三层：（2）5-2，Q4alm粉质黏土，可塑，Ⅱ,σ0=140kPa，厚度约3.8～4.9m。 淤泥质土的容重值：18KN/m3 ；内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。

注：摘自《粉质粘土物理力学性质表》

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经各层土加权平均，土的密度=1.68(g/cm3) ，粘聚力c=12.66 KPa，内摩擦角φ=14.06°。

3、荷载参数

基坑顶边有土方、材料、混凝土运输等，综合考虑荷载q=20 KPa。 四、钢板桩插入深度

1、地面荷载q=20 KPa。 2、基坑开挖深度

本框架桥中，开挖深度4.2-4.5m。详见附图基坑防护结构立面图。 3、主动土压力系数Ka =tan²（45°-18.28°/2）=0.52,Ka0.72； 按《市政工程施工计算实用手册》(以下计算公式均来自本手册)式（37-36）计算被动土压力系数，δ=2/3，被动土压力内摩擦角取1.3系数（土的内摩擦角可酌情调整有桩基的板桩墙内侧，在密集群桩深度范围内，乘以1.2~1.4），

n=1.3=18.28°；δ=2/3=9.37°；

Kp=cosδ-²

sin（δ）sincos=2.41

1）根据朗金土压力理论：

最大主动土压力强度ea(hx)ka2cka…………………式1； 最大被动土压力强度

epxkp2ckp…………………式2；

h—基坑开挖深度； x—钢板桩入土深度； 2）最大主动土压力

Ea1ea(hx)2………………………式3；

………………………式4；

Eqq(hx)kaEp1epx2………………………………式5；

取支撑点

MA0；得

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212Eahxh0Eqhxh0Epxhh0323……式6；

其中

h0为内支撑距钢板桩顶面距离，根据现场实际情况，本工程取h0=0m。

3）支撑反力Ta

根据平衡得支撑反力Ta=Ea+Eq-Ep……式7；

2、浅埋单层支点桩墙顶端支撑法计算

qTAEqEaEp p q a

最大主动土压力强度Kpa

最大被动土压力强度即：

ea(hx)ka2cka=8.74*（4.5+x）-18.23

epxkp2ckp=40.49x+39.246 Kpa

Ea12ea(hx)4.374.5x9.124.5x； 2Eqq(hx)ka10.44.5x；

Ep1epx20.245x219.623x； 2将以上公式代入式6，解一元三次方程得钢板桩入土深度x=2.2m，

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施工时尚应乘以K=1.1-1.5,本工程取K=1.2，则钢板桩长=4.5+1.2*2.2=7.14m。 施工时取9m长钢板桩即可。 取钢板桩插入深度x=2.2 m， 所以：Ea12ea(hx)4.374.5x9.124.5x=135.065KN/m； 2Eqq(hx)ka10.44.5x=69.68KN/m；

Ep1epx20.245x219.623x=141.156 KN/m； 2故TA=Ea+Eq-Ep=63.59KN/m； 6、求最大弯矩Mmax和钢板桩选型

最大弯矩发生于剪力为零处，设从墙顶往下y处剪力为零，则

1Kay2qKay-Ra0 2求得y=2.39m

-Mmax=R（ay-h0）11qKay2-Kay3 26求得Mmax=88.38KN·m/m

即每延米墙体承受的最大弯矩为88.38 KN·m/m，发生于墙顶下2.39m

根据求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力（参见《公路桥梁钢结构及木结构设计规范》，一般取[f]=170-200 N/mm2）， 即可选择板桩的截面、型号。

最大应力计算值

σ= M/Wβ=88380/1340*1=65.96 N/mm2<170 N/mm2

其中β-钢板桩截面抵抗矩折减系数，当桩顶设有整体围檩时取β=1，不设置时取β=0.7；

选择拉森 Ⅲ型钢板桩。 五、围檩、内支撑验算

1）钢围檩拟采用300*300的H型钢，支撑体系采用Ф325*6mm钢管，详见基坑防护支撑布置图，首先施工钢板桩，围檩、内支撑等随开挖随施工。

2）本次验算取外拉锚的间距l=6m，简略计算如下图：

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作用线荷载 q=TA=63.59kN/m；

最大弯矩M=0.1ql2=0.1*63.59*62=228.924kN•m；

300*300的H型钢最大弯曲应力：

Mmax228.924*10622 167.1N/mm＜[]215N/mmW1370*103满足强度要求； 300*300的H型钢刚度：

ql463.59*600046000f12.76mm＜[f]15mm 54150EI400150*2.1*10*20500*10满足刚度要求。

(2)内支撑强度验算：

内支撑采用Ф325*6mm钢管，单根的轴力为N=63.59*6=381.54kN. Φ325钢管最大弯曲应力：

N381.54*10363.45N/mm2＜[]215N/mm2

A6013其中截面抵抗矩A=π（d外2-d内2）/4=6013mm2 满足强度要求；

六、基坑底部隆起稳定性计算

支撑式支挡结构，其嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求，抗隆起稳定性可按下列公式验算：

KL 式中：

2DNqcNc

1(h0D)q word格式整理

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D——墙体插入深度 (m)；

h0——基坑开挖深度(m)； q——地面以上均布荷载(kPa)；

c——支护墙底处的地基土粘聚力(kPa)

γ1——基坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权平均值(kN/m3)； γ2——基坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权平均值(kN/m3)； Ncp、Nqp——地基极限承载力系数； 用普朗特尔公式，Ncp、Nqp如下：

NqPtan2(45)etan2

Ncp(Nqp1)/tan ──支护墙底处土的内摩擦角(0)

KL──抗隆起安全系数；考虑图中A'B'面上抗剪强度抵抗隆起作用未考虑，

固安全系数KL可取低一些，要求KL≥1.1~1.2。

计算隆起稳定性示意图

查地勘报告有各土层物理力学指标：天然容重γ1=1.68(g/cm3)，γ2=1.72(g/cm3)。 支护墙底处土的内摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。

钢板桩插到第三层：（2）5-2，Q4alm粉质黏土即停止，地面超载q0=20kN/m2。 代入以上各项数据有

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NqPtan2(45)etan2求得Nqp=7.82

Ncp(Nqp1)/tan=16.88

基坑开挖深度为h0=4.5m，插入土深度D=4.2 m。

KL2DNqcNc1(h0D)q17.24.27.822316.885.73＞1.2

16.8(4.54.2)20经以上计算钢板满足坑底隆起稳定性要求。

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