钢板桩计算书(2010.5.20)

'中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩目录1设计资料12钢板桩入土深度计算12.1内力计算12.2入土深度计算23钢板桩稳定性检算33.1管涌检算33.2基坑底部隆起验算44围囹检算54.1工况分析与计算54.1.1工况一54.1.2工况二64.1.3工况三74.1.4工况四84.1.5工况五94.1.6工况七114.1.7工况八124.1.8工况九134.2围囹计算144.2.1顶层围囹154.2.2第一层围囹164.2.3第二层围囹1720 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩4.2.4第三层围囹174.2.5第四层围囹185对撑和斜撑检算1920 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩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、均为：18.9KN/m3；内摩擦角加权平均值；粘聚力C：24KPa。(4)地面超载：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：钢板桩均布荷载换算土高度：20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩(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：=2940mm=2.9mh1=1.11h=1.11*2.9=3.2mh2=0.88h=0.88*2.9=2.6mh3=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20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩主动土压力系数，被动土压力系数从上可知：、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：根据入土部分的固定点，被动土压力合力作用点在离坑底处，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,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20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩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：式中为安全系数取1.7；水容重取；土的浮容重为；水力梯度；计算得时，不会发生管涌。所需桩长选用18m钢板桩，则入土深度为8.46，反算抗管涌安全系数,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,，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=5.69=13.78=3.54＞1.720 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩即钢板桩打入深度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，被动土压力强度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。假定钢板桩所需入土深度为t，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因此剪力为零的点据支撑点的距离取K=1.53，h=0.84m。20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩计算得钢板桩：、，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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩弯矩图（KN·m）计算得钢板桩：、，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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩弯矩图（KN·m）计算得钢板桩：、，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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩计算得钢板桩：、，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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩弯矩图（KN·m）计算得钢板桩：、，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故此工况下钢板桩能够满足要求。封底混凝土需要的强度、假设是支撑，则面积。4.1.6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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩剪力图（KN）弯矩图（KN·m）计算得钢板桩：、，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：20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩受力布置图(KN/m）剪力图（KN）弯矩图（KN·m）计算得钢板桩：、，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。20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩通过以上计算可知，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：围囹受力工况围囹受力（KN/延米）顶层第一层第二层第三层第四层工况一40.3540000工况二8.76104.82000工况三9.469.88161.4500工况四13.2169.88101.21223.790工况五13.2169.88101.21126.61228.10工况六9.469.88160.007155.3510工况七9.499.24101.21227.21020 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩工况八7.5497.84000工况九40.3540000最大值40.354104.82161.45227.21228.104.2.1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：、，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）20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩剪力图(KN)弯矩图（KN·m）围囹受力：、，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：选用I40a工字钢，,，，，，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：、，对撑最大反力，斜撑最大支撑反力为。围囹所需截面：20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩选用I40a工字钢，,，，，，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：、，对撑最大反力，斜撑最大支撑反力为。围囹所需截面：选用I50c工字钢，,，，，，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20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩最大支撑反力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：、，对撑最大反力，斜撑最大支撑反力为。围囹所需截面：选用双I50c工字钢，,，，，，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：、，对撑最大反力，斜撑最大支撑反力为。围囹所需截面：选用I50c工字钢，,，，，，20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩故顶层围囹采用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：支撑受力支撑位置支撑受力顶层第一层第二层第三层第四层斜撑107278.2428.11602.41604.55对撑134.18348.81536.85755.43758.12最大值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，，，，，最长对撑。根据长细比，查《钢结构设计规范》附表得稳定系数=0.43。自重弯矩满足要求。20 中铁四局集团有限公司合肥铁路枢纽南环线工程项目经理部南淝河特大桥承台钢板桩综上计算可知，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。20'