承台钢板桩设计计算书

'承台钢板桩设计计算书1钢板桩设计1.1设计条件⑴设计水位及冲刷设计高潮水位：+3.576m⑵地质情况土层分布：填筑土1.2m，淤泥5.9m，亚粘土9.3m，砾砂4.9m。各土层重度为：γ1=17.7KN/m3，γ2=14.8KN/m3，γ3=19.5KN/m3，γω=10KN/m3，内摩擦角Φ1=0°，Φ2=3.6°，Φ3=32.2°。⑶工程简介承台顶面标高为0m，承台底面标高：-2m；承台尺寸为9.6×3.2×2m。1.2设计参数⑴水位：取设计高潮位+3.576m⑵浪高：取0.5m1.3钢板桩结构形式钢板桩采用拉森Ⅳb型钢板桩，每米钢板桩墙W=2270cm3，[f]=200MPa；围堰尺寸：10.6×4.2m；距离承台底面3.5m设置一道支撑梁。钢板桩剖面图 1.4封底混凝土厚度确定已知承台底标高为-2m，设计水位为+3.576m。根据公式+D≤h式中：b--板宽，一般取b=1fct--砼抗压强度（C20）,fct=9.6×103KPaD--水下砼与井底泥土掺混需增厚度D=0.3~0.5m其中：l1--矩形板计算跨径，取小值l1=4.2m(两侧各留0.5m施工空间)mac—弯矩系数，查《建筑结构设计综合手册》表3.8.1，得mac=0.0965p—静水压力形成的荷载，p=10×5.576=55.76KN/m2+D=0.24+DD值取最大值0.5m，h≥0.74m，故取h为0.8m。1.5钢板桩顶标高确定由于桥位处设计高潮水位为＋3.576m，并考虑0.5m的浪高影响，钢围堰的顶标高确定为＋4.076m。1.6钢板桩嵌固深度确定承台的底标高为-2m，围堰内C20封底砼厚0.8m，基础处理为1m厚的砾石。封底混凝土浇筑结束，围堰内水被抽干之后为最不利工况。在最不利工况下，确定钢板桩的入土深度。①作用于板桩上的土压力强度Ka1=tg2（45°-φ/2）=tg2（45°）=1Kp1=tg2（45°+φ/2）=tg2（45°）=1Ka2=tg2（45°-φ/2）=tg2（45°-3.6/2）=0.882Kp2=tg2（45°+Φ/2）=tg2（45°+3.6/2）=1.134Ka3=tg2（45°-φ/2）=tg2（45°-32.2/2）=0.305Kp3=tg2（45°+Φ/2）=tg2（45°+32.2/2）=3.282②承台底标高以上，钢板桩单悬臂所受的力计算 a、主动土压力：Pa1=Ka1×（γ1-γω）×h1=1×（17.7-10）×1.2=9.24KN/m2Pa2=Ka2×（γ1-γω）×h2+Pa1=0.882×（14.8-10）×3.35+9.24=23.4KN/m2b、水压力(围堰抽水后)Paw：Paω=γω(3.576-（-2）)=10×5.576=55.76KN/m2c、主动压力(土体及水压力)Ea：Ea=(9.24×1.2)/2+(9.24+23.4)×3.35/2+55.76×5.576/2=215.67KN/m合力Ea距承台底的距离y：215.67×y=9.24×1.2/2×（0.4+3.35）+9.24×3.35×3.35/2+(23.4-9.24)×3.35/2×3.35/3+55.76×5.576/2×5.576/3得y=1.79m。承台底面线以下为淤泥、亚粘土，厚度分别为2.55m、9.3m，围堰内回填砾石按照最不利考虑，按淤泥层计算。假设钢板桩主动土压力等于被动土压力的点为K点，则：Pak=Ppk。设K点距离淤泥底面的距离为u，则：Pak=23.4+0.882×2.55×（14.8-10）+0.305×u×（19.5-10）Ppk=1.134×1.75×（14.8-10）+3.282×u×（19.5-10）Pak=Ppk得到u=0.87m用等值梁法计算钢板桩的入土深度，K点主动土压力等于被动土压力，即Pak=Ppk，则K点即为弯矩为零的点。假设支撑梁的位置距离承台底面的距离为3.5m，支撑反力为Tc，用等代简支梁法简化，则 （3.5+2.55+0.87）Tc=215.67×（1.79+2.55+0.87）+10.8×2.55/2×（0.87+2.55/3）+23.4×2.55×（2.55/2+0.87）+34.2×0.87×0.87/2+2.52×0.87/2×0.87/3-9.5×1.75/2×（1.75/3+0.87）-9.5×0.87×0.87/2-27.13×0.87/2×0.87/3得到：Tc=183.45KN取零弯矩点（K点）以上钢板桩，看成单跨简支梁进行sap受力分析，得出K点支反力为Tk=396.06KN。取零弯矩点（K点）以下钢板桩，设钢板桩底到K点距离为h：Ep=36.63×h/2+3.282×9.5/2×2/3h2Ea=36.72×h/2+0.305×9.5/2×2/3h2得：h=6.48m取安全系数为1.2，h=7.776m，则钢板桩的最小入土深度为tt=7.776+0.87+2.55+4.55=15.746m，钢板桩底标高为-13.196m，钢板桩的总长度为LL=15.746+1.026+0.5=17.272m1.7钢板桩支撑梁确定钢板桩入水范围内容重及主动系数进行加权平均值计算得：γ=17.14KN/m3，Ka=0.5悬臂端最大允许跨度：封底混凝土可作为一道支撑，考虑到最大允许跨度及施工干扰，第二道支撑最大跨度：h1=1.11h，取距离封底混凝土顶3.5m，标高+1.5m。共设置三道横向支撑，支撑采用φ325×10钢管。第二道支撑距离钢板桩顶2.576m，满足悬臂端最大允许跨度要求。2钢板桩验算2.1抗倾覆验算当封底混凝土浇筑完毕，围堰内水被抽干以后，此时为最不利工况。不考虑基坑内的支撑作用，钢板桩内外侧土压力可能会使钢板桩绕钢板桩桩底转动，向基坑内倾覆。假设承台底部距离钢板桩底为h： γa==Ka===1/2×10×5.5762+1/2×××（h+4.55）2由得：h=6.9m显然，钢板桩底距离承台底设计高度h=11.196m，满足抗倾覆性要求。2.2坑底流沙验算随着水力坡度的增大，水的渗透压力随之增大。当水的渗透力大于土体的浮容重时，土壤无法承受任何载重而产生流沙现象。在实际施工中，当吸泥清孔至支撑梁以下，抽干围堰内水安装支梁时，这种情况可能会出现流沙反涌现象。根据公式K×i×γw≤γs其中：K—安全系数，此处取K=2i--水力坡度，,h为内外水位差，设吸泥至0.5m标高时，安装支撑梁。2×10×3.076/(3.076+t)≤4.8得t≥9.74m，即钢板桩底标高为-9.24m，钢板桩入土深度满足要求。2.3基坑底部隆起验算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》YB9258-97(冶金部)：其中：c、为基坑底部土的固结抗剪强度指标，c=10，=60 =1.716=6.8=1.4≥1.1~1.2，满足规范要求。隆起量验算公式式中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;ri--第i层土的重度(kN/m3)；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);r--桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);得出：δ=130mm实际施工中，封底混凝土能抑制基坑底部隆起。2.4封底混凝土强度验算将封底混凝土近似简化为简支正交异形板计算，考虑到封底混凝土层底水的反涌作用，封底混凝土强度必须大于浮力产生的应力作用：式中：mac为弯矩系数，查《建筑结构设计综合手册》表3.8.1，得mac=0.0965q=10×(5.576+0.8)=63.76KN/m2 =1018kpa<[σ]=9.6×103kpa，满足要求。2.5围囹受力验算围囹采用I36a钢，主要承受土压力引起的弯矩和支撑梁的轴向压力作用，故只验算最大正应力是否满足要求。I36a钢=3.6/26.9×10-3=134,查表轴心受压构件的稳定系数得ψ=0.370得I36a钢容许最大应力σ=ψ[σ]=0.370×215=79.55Mpa取第二道支撑梁进行计算，把围囹看成3跨简支梁进行受力分析，所受土压力及水压力近似为均布荷载q：q=10×2.076×2.076/2+7.7×1.05×1.05/2=25.8KN/m利用sap进行受力分析，Mmax=32.09KN/m，Nmax=100.76KN(如图)围囹3跨简支梁sap弯矩分析图围囹3跨简支梁sap支点反力分析图已知第二道支撑梁w=8.77556×10-3m3，A=7.644×10-3m3I36a钢承受的最大正应力：得出σmax=16.8Mpa<ψ[σ]，满足规范要求。2.6内支撑受力验算结合现场情况，横撑采用φ325× 10钢管，承受轴向压力作用。利用sap进行受力分析，2道横向支撑支反力Nmax=100.76KN。φ325×10钢管=4.2/111.4×10-3=38,查表轴心受压构件的稳定系数得ψ=0.865φ325×10钢管容许应力σ=ψ[σ]=0.865×215=186Mpaσmax===10.2Mpa<ψ[σ]，故满足要求。3结论通过上述设计计算，本钢板桩方案满足设计要求。'