钢板桩计算书10.13

'中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩目录1设计资料22钢板桩入土深度计算22.1内力计算22.2入土深度计算43钢板桩稳定性检算53.1管涌检算53.2基坑底部隆起验算54围囹检算64.1工况分析与计算64.1.1工况一64.1.2工况三74.1.3工况五84.1.4工况七94.1.5工况九104.2围囹计算114.2.1第一层围囹124.2.2第二层围囹134.2.3第三层围囹134.2.4第四层围囹144.2.5封底混凝土整体稳定性验算144.3支撑管计算1616/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩南淝河大桥主墩承台钢板桩围堰施工计算书1设计资料(1)桩顶高程H1：10.0m，汛期施工水位：9.0m。(2)河床标高H0：7m；基坑底标高H3：-2.7m；开挖深度H：9.7m。(3)封底混凝土采用C25水下混凝土，封底厚度为2m。(3)坑内、外土的天然容重加权平均值、均为：18.7KN/m3；内摩擦角加权平均值φ=17.4。；粘聚力C：48KPa。(4)地面超载：按70吨考虑，换算后为20KN/m2。(5)钢板桩采用国产拉森钢板桩，钢板桩参数A=216cm2，W=2700cm3，=200Mpa，桩长18m。(6)本工程基坑安全等级按一级基坑考虑。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《建筑施工计算手册》，主动土压力系数、被动土压力系数公式得：16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩钢板桩均布荷载换算土高度：(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《建筑施工计算手册》，P155页(3-74）桩顶部悬臂部分允许最大跨度h公式得：=3192mm=3.19mh1=1.11h=1.11*3.19=3.54mh2=0.88h=0.88*3.19=2.8mh3=0.77h=0.77*3.19=2.5m根据施工需要调整支撑布置h1=2.5m，h2=2.5m，h3=2.2层数为3层。受力简图见图2.132.52.52.20.5x+10q=20KN/m2河水+9HXA-0.7土体16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩图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：、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《建筑施工计算手册》，P157页(3-77）公式得：16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩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0.5+2.89=3.39m处。故钢板桩的总长度至少为,即钢板桩长度为15.09m，入土深度为4.34m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6.34m。3钢板桩稳定性检算3.1管涌检算管涌的原因主要受水的作用影响，计算时考虑有水一侧，基坑抽水后水头差为h1=11.7m，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5.3m，反算抗管涌安全系数,不会发生管涌。16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩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=5.29=13=4.1＞1.7即钢板桩打入深度5.3m，地基土稳定，不会发生隆起。4材料强度检算4.1钢板桩强度验算—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《建筑施工计算手册》P153页,施作桩顶围囹和支撑后,开挖基坑至+6.5m，即3.5m（桩顶至基底）深，未安装第一道支撑前，钢板桩顶部为悬挑形式，则支撑受力为。假定钢板桩所需入土深度为t，16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩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=0.35m。M=14.9×0.35=5.2MPa故此工况下钢板桩能够满足要求。施工过程中，保证钢板桩嵌入土层深度在1.82m-5.3m范围内即可。4.1.2工况三安装好第一道支撑，继续开挖至标高+4m，即6m（桩顶至基底）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悬挑，基坑以下为固结的连续梁结构。则建模如下：16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩计算得钢板桩：Vmax=42.6KN、，最大支撑反力130KN。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工况五安装好第二道支撑，继续开挖至标高+1.5m处，即基坑8.5m（桩顶至基底）深，此时钢板桩可看作为在桩顶、第一和第二道支撑处简支，在基底以下为固结的连续梁结构，则建模如下：16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩计算得钢板桩：、，最大支撑反力174.8KN。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工况七安装好第三道支撑，继续开挖至基坑底，底标高—0.7m处，即基坑10.7（桩顶至基底）m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，在基底以下为固结的连续梁结构，则建模如下：16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩计算得钢板桩：、，最大支撑反力207KN。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工况九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-2.7m，此时钢板桩可看做为在桩顶、第一道到第四道支撑处简支，在基底以为固结的连续梁结构，则建模如下：16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩计算得钢板桩：、，最大支撑反力246KN。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。4.2围囹计算每层围囹每个角上均设置设三个角撑，结构如下图16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩围檩受力最大的位置为第四道围檩，线荷载为246.5Kn/m,支撑水平间距为4m，支点处为焊接，应视作多跨连续梁（7跨），按最不利荷载组合，查结构力学表可以求出折减后的结构所受内力。这里我们就按照无折减的情况计算，即按简支梁计算。跨中弯矩为M=1/8ql2=1/8×246.5×42=293Kn*m。围檩为双拼40a工字钢，W=1090cm3,I=21720cm4，S=631cm2，t=16.5mm，I/S=21720/631=34.4cm，σ=M/W=293Kn×m/2Wcm3=134.4MPa<145MPa.符合要求。N支=1/2ql=0.5×246.5×4=493Kn.I/S=21720/631=34.4τ=NS/It=N/t×(S/I)=493Kn/(16.5mm×34cm)=87878KPa=87.88MPa<110.5MPa挠度：f=5ql4/384EI=5×246.5×44/384×2.1×108×21720×10-8=0.018m综上所述，在最大荷载作用下，选用上述双拼I40a工字钢满足要求，其他三道围檩可根据现场材料进行同强度代换。4.3封底混凝土整体稳定性验算⑴、验算假定：①参考公路圬工桥涵设计规范(JTGD61-2005)之表3.3.3-4，封底混凝土与钢板桩围堰之间直接剪切力按照规则块体砌体M5级砂浆考虑，直接剪切力为0.052MPa，钢板桩与基桩之间因桩身表面为非平滑面，与新浇筑的混凝土封底之间直接剪切力按照片石砌体考虑，接剪切力为0.120MPa；②16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩封底承受的向上水压力，忽略水压力传递路线上隔水层的影响，计算模型下水头差为10.7m；C25水下封底混凝土厚2m。④砼重度r=24KN/m³、水重度r=10KN/m，³抗拔容许摩阻值与受压容许阻力比例系数，取0.4①混凝土封底自重W1=28.2×28.2×2×24-14×3.14×1.25×1.25×2=38034KN②188块钢板桩与封底混凝土间的剪切力W2=A接触面积*F切向粘结力=188*0.6*2*52=4418.7KN③封底混凝土与基桩间握裹力直接剪切力W3=A接触面积*F直接剪切=14*3.14*2.5*120=13188KN④188块钢板桩重W4=188×18×106=3587KN⑤188钢板桩与内侧土间的摩阻力W5=0.4×28.2×4×5.7×33=2978KN⑥188钢板桩与外侧土间的摩阻力W6=0.4×28.2×4×15×33=22334KN⑦封底底面承受的水压力P水=A净封底×r×h水头差=28.2×28.2×10×9.7=77138KN混凝土封底抵抗水压力的合力为W=W1+W2+W3+W4+W5+W6=84539KN稳定性安全系数K=1.09⑵混凝土封底强度验算16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩封底混凝土采用C25水工混凝土。以桩基及板桩围堰为多支点，取其间最大跨度6m，简化为单向支撑板,假定混凝土有效厚度2m。1m宽混凝土抗弯模量：W=1×23/6=1.3331m宽混凝土承受向上的荷载：q=9.7×10-1×2×24=49KN/m跨中弯矩：M=49×62/8=221KN.m混凝土弯拉应力：σ=M/w=221/1.333/1000=0.165MPa<[σ]=1.1MPa满足要求。4.4支撑管计算由计算软件计算得最大荷载在第四道直撑处。qmax=246.5KN/m，直撑管水平间距按最大4.0m。取两根支撑管之间所承受的土压力，即4.0m，按最不利支座形式计算，即简支梁，计算支座处支撑管的轴向承载力和稳定性是否符合要求。鉴于支撑受轴向力，可简化按照压杆计算。强度验算：1.1、现场第一种支撑管直径D=377mm，6mm厚钢管，A=69.932cm2，I=12035.01cm4Q=2ql=2×246.5×4.0=1972(KN)N支=1/2×Q=0.5×1972=986(KN)所以轴心压应力N/A=986×103/69.932×102=140.99MPa直径377mm、6mm厚钢管水平放置,最长的一根17m，自重为：0.0549t/m,即q=0.549Kn/m。跨中最大弯矩为：M=1/8ql2=0.125×0.549×172=19.83(KNm)16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩W=2I/D=12035.01×2/37.7=638.46cm3M/W=19.83×106/638.46×104=3.11Mpa因为：N/A>M/W,所以σ=N/A+M/W=140.99+3.11=144.1MPa<145MPa强度满足，但无安全系数,不符合要求。1.2现场第二种支撑管直径D=406mm，7mm厚钢管，A=87.75cm2，I=17466.68cm4所以轴心压应力N/A=986×103/87.75×102=112.36MPa直径406mm、7mm厚钢管水平放置,最长的一根17m。自重为：0.0689t/m,即q=0.689Kn/m。跨中最大弯矩为：M=1/8ql2=0.125×0.689×172=24.89(KNm)W=2I/D=17466.68×2/40.6=860.43cm3M/W=24.89×106/860.43×104=2.89Mpa因为：N/A>M/W,所以σ=N/A+M/W=112.36+2.89=115.25<145MPa强度满足，安全系数=145MPa/115.25MPa=1.26。1.3现场第三种支撑管直径D=529mm，8mm厚钢管，A=163.05cm2，I=54919.07cm4Q=2ql=2×246.5×4.0=1972(KN)N支=1/2×Q=0.5×1972=986(KN)所以轴心压应力N/A=986×103/163.05×102=60.47MPa直径529mm、8mm厚钢管水平放置,最长的一根17m，自重为：0.128t/m,即q=1.28Kn/m。跨中最大弯矩为：M=1/8ql2=0.125×1.28×172=46.24(KNm)16/17 中铁十三局第一工程有限公司合肥繁华大道工程二标项目经理部南淝河大桥承台钢板桩W=2I/D=54919.07×2/52.9=2076.34cm3M/W=46.24×106/2076.34×104=2.23Mpa因为：N/A>M/W,所以§=N/A+M/W=60.47+2.23=62.7MPa<145MPa强度满足，安全系数=145MPa/62.7MPa=2.31。稳定性验算：（只验算后两种情况）图中支撑可视为两端铰支的长细杆，由欧拉公式Pcr=2EI/l2计算临界压力。2.1直径D=406mm，7mm厚钢管，A=87.75cm2，I=17466.68cm4,E=210Gpa,l=17mPcr=3.142×210×106×17466.68×10-8/172=1251KnPcr/N支=1251/986=1.27Nst(查表可得,Nst在10左右)满足要求！综上所述，钢板桩支撑和围檩材料依次为：围檩选用双拼I40a工字钢或与其等同强度的材料；最短的一根角撑为φ406×7mm钢管，其余两根为φ529×8mm钢管。16/17'