钢板桩计算书(DOC)

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1、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 174.2.4第三层围囹 174.2.5第四层围囹 185 对撑和斜撑检算 19河特大桥连续梁主墩承台钢板桩围堰施

2、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H： 8m；基坑底标高H3： T.54m；开挖深度H： 9.54m。0(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r、 r均为：18.9KN/m3；内摩擦12角加权平均值申=18.8 ；粘聚力C： 24KPa。(4) 地面超载q :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=2043cma，k =200Mpa，桩长 18m。2

3、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：K = tg2(45。-1880)= 0.51a2K = tg2(45。+1880)= 1.95pi 2钢板桩均布荷载换算土高度h :0h0 二 q/r 二10/18-9 二 -53m(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W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，284页(5-96) 公式得：h = ；6氐=：6 x 2x 15 x 243 =2940mm=2.9m3 rK

4、18.9x0.51ahl=l.llh=l.ll*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hl=2.1m, h2=2.1m, h3=1.6层数为3层。受力简图见图2.12.2入土深度计算用盾恩近似法计算钢板桩入土深度K 二 1.95 p根据假定作用在钢板桩AB段上的荷载ABCD, 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:(K - K )x2 - KHx - KHL 二 0paaa(1.95 - 0.51)

5、x2 - 0.51x 9.23x - 0.51x 9.23 x 0.84 二 0x 二 6.023m根据入土部分的固定点，被动土压力合力作用点在离坑底2 x处，所以3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1 = 9.54 + 6.023二15.563m ,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hl=8.54m,入土深度h2=x，最短的渗流途径如图2T所示为 hl+

6、h2X2,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：K x i x r 3.89m时，不会发生管涌。所需桩长 l 二 9.54 + 3.89 二 13.43m选用18m钢板桩，则入土深度为8.46，反算抗管涌安全系数K = 2.17 , 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C, q， h二9.53m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:x 二 8.46m、H = 9.54m、q = 10KN/m2、申=18.8、C = 24KPa、安全系数K = 1.7N = e 冗 tg t

7、g 2 (45 + ) =5.69 q2(N - 1)qtg=13.78K _ rxN + cN _ 18.9x8.46x5.69 + 24x 13.78 =3 541 7 s _ r (H + x) + q18.9x (9.54 + 8.46) +10*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p二Kr(h + h )，被动土压力 a a 1 2强度p = K rhbb4.1.1 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，

8、钢板桩为顶部简支的单锚浅埋板，则支撑受力为R二Ea-Ep。a假定钢板桩所需入土深度为 t，E =1 r (H +1 )2 K =1 xl8.9 x (3.4 +1 )2 x 0.51 = 4.82(3.4 +1 )2a 2 a 2Ep = K rt2 =1 x 1.95 x18.9 x 12 = 18.43t22 p2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(3E -2E )H(3x18.43t2 -2x4.82x(3.4+t)2)x3.4t Pa 二2( Ea Ep)2 x (4.82 x (3.4 +1 )2 18.43t 2)t 2.81mE 4.82x (3.4 +

9、 2.81)2 185.879 KNaEp 18.43x2.812 145.525KN因止匕 R E E 40.354 KNa a p 剪力为零的点据支撑点的距离rKK h R + rK h 取 K=1.53， h=0.84m。paaM 40.354x0.84 33.90MPa-1659 MPa200MPaR40 35 x103“ IT 二 cT 二 408MPa f 二 110-5MPa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

10、：77.453 3133 MH | HH HHH M Jih 卄匕甘也丄受力布置图（KN/m）剪力图（KN）弯矩图（KNm）计算得钢板桩：V二88.51KN、M二88.5KN m，最大支撑反力maxmax104.82KN。作用在第一层围囹和支撑处。则此时钢板桩的应力为W 二 2040X1一3 二 433MPakL 200MPa788 51 x 13e 二 _ma 二- 二 8.97MPa f 二 11.5MPaA98.7 -12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

11、以下2m处固结 的连续梁结构，则建模如下：97.6473.55533133.06a2.104)2.90J J J |J J Jj j J j j I I I * 屮卄卄f M咙捫73.71受力布置图（KN/m）剪力图（KN）-128.45-VVV-81.17 -81.17/Y掘 00 -5001 134-1 . I-. 11_j 科虫；蝕地门卫5计算得钢板桩：V二137.84KN、M二128.45KN m，最大支撑反力maxmax161.45KN。作用在第二层围囹和支撑处。则此时钢板桩的应力为X W 二X10-3 二 629MPakL 200MPaT 二 Vmax 二 137.84X 10 二

12、 13.97MPa f 二 110.5MPaA98.7 x 102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T.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：j:)2.10lliS.34.07 8S.S773. J453.3133.05773.71受力布置图（KN/m）175.91剪力图（KN）r-y.118.50fTYrrU42.12广144)-y.69-171.54计算得钢板桩：V二175.91KN、M二153.30KN m，最大支撑反力maxmax2

13、23.79KN。作用在第三层围囹和支撑处。则此时钢板桩的应力为8 二M二 153.30X103 X10_3 二75.0MPa= 200MPaW 2043 x 10_6V175 91 x 103P 二-max 二-二 17.82MPa f 二 110.5MPaA98.7 X102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：125.9853.3133.0-5nniijiffluHTUurnnunTiuuirnuuHH：i2.10

14、5.1173.71受力布置图（KN/m）ITTTmi9.i4nV】洛一一似齐一.i LU-170.88剪力图（KN）-126.16 3 169.25 69.25-片丄 0-17.10计算得钢板桩：V二168.12KN、M = 126.16KN m，最大支撑反力maxmax228.10KN。作用在第四层围囹和支撑处。则此时钢板桩的应力为8 二 M 二 126.16X103 X10-3 二 61.8MPavlsL 200MPaW 2043 x 10-6T 二-max 二 一.一X一-二 17.03MPaVf 二 110.5MPa A 98.7 x102故此工况下钢板桩能够满足要求。4.1.6工况六

15、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：T3.5452；.2；1S3 .OSii ii J J 口 J jJ. . Jj I3 )2.10受力布置图(KN/m)剪力图(KN)155.67n-83.59-83.59TTT-r-r - 4 .却“g - 4.4P1WLLilJLLU574.29 T4.29弯矩图(KNm)计算得钢板桩：V二203.10KN、M二155.67KN m，第三层最大反力

16、为maxmax155.351KN,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M 二 13x 10 一3 二7620 MPak L200Mpay tccq r資二二 2058MPa f 二 1105MPa故此工况下钢板桩能够满足要求。封底混凝土需要的强度P二V、假设是支撑，则面积A = 0.125m 2maxb 二 K = 1.5x 203.1幻03 二 2.4MPa。A0.125 x 1064.1.6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

17、。 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：91.9773.53.3133.LH5受力布置图(KN/m)131.84剪力图（KN）-77.51-77 .J152.015 52 .OG-23.29弯矩图（KNm）计算得钢板桩：V二131.84KN、M二77.51KN m，第三层最大反力为maxmax227.21KN,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8 二 M 二 77.51幻03 X1O-3 二 37.94MPavlsL 200MPa W 2043 x 10-6t 二 R 二

18、131.84x103 二 13.36MPaVf 二 110.5MPaA98.7 x 102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：72.5853.3133.0CH J 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1 j j* t J J，I I W2.90爲受力布置图（KN/m）剪力图（KN）-i5L

19、i 313J.1T S5.K.65弯矩图（KNm）计算得钢板桩：V二78.11KN、M二60.31KN m，第一层支撑最大反maxmax力97.84KN作用在第一层围囹处。则此时钢板桩的应力为M 二 243x10 一3 二 2952200 MpaT 二 R = 78.11x103 二 7.91MPaVf 二 110.5MPaA98.7 x 102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。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

20、算围囹设四个脚撑和两道对撑，结构如下图$3”3 十 斗刁 ” 吕围囹及支撑结构图（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工况七9.499.24101.21227.210工况八7.5497.84000工况九40.3540000最大值40.354104.82161.4522

21、7.21228.104.2.1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：4i：i35+4CI35440354+U.35440.354J 1 1 I 1 1 Y 1 I | 1 1 J 111 II I J 学3.00C3：i4.50受力布置图（KN/m）-56.29 -56.29-56.29 -56.2945.85弯矩图（KNm）90.8050.0Pj2.21ITk68.85Pk-_70.97-Ik .2 空-70.97358.85-.4 (叫5 帅-J2.21-Su.09-90.80剪力图（KN）围囹受力：V二9O.8OKN、M二56.29K

22、N m，斜撑最大支撑反力为maxmax107.00KN横桥向围囹建模平面如下:40.35440.35440.3544(135440.35440.35440.354I I I I t I I t 沿戈 盘上 溜丄 揺丄 彩丄 总丄3.011受力布置图（KN/m）0355J4Tlx Ttk、, ；汎56.11373.54门化356.03TT1v5辿73.6573.54j5.54剪力图(KN)40.50 40.50-40.50 -40.50戈八I f丿I 一-.；熾；吨9 ZB 4-39.02-39.022k-25.52 -25.52-3? J：i2 -39.0225.52 Ah, . h 宀279

23、727.97弯矩图(KNm)围囹受力： V 二 73.65KN、M 二 40.5KN mmaxmax134.18KN，斜撑最大支撑反力为85.60KN。，对撑最大支撑反力为围囹所需截面:E M 56.29 X103W =Is215 X106=0.26 x 10-3 m3 = 260cm 3选用 I40a 工字钢，W 二 1086cm3, I 二 21714cm4，t 二 16.5mm，t = 10.5mm，wS二 626.05cm3， I/S = 21714/626.05 二 34.68cmmaxVSITw56.29 x 10373.65 x103346.8 x10.5二 51.83MPaVS

24、二 215MPa二 20.23MPaV f 二 110.5MPa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：V 二 90.80 X 2.6 二 236.08KN、M二 56.29 x 2.6 二 146.35KN m， 对撑最大反力maxmax134.18x2.6 = 348.87KN，斜撑最大支撑反力为107x2.6 = 278.2KN。围囹所需截面:W = IM= 146.35 x 103 = 0.681 x 10-3

25、 m 3 = 681cm 3M 215 x 106选用 14*工字钢W =1086cm 3 1 = 21714cm 4，tf = 165mm，tw =10.5mmS = 626.05cm3， I/S = 21714/626.05 = 34.68cm= 134-76MPaV：5 = 215 MPaVS 236.08 x103t = 64.83MPaV f = 110.5MPaIt346.8 x10.5w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

26、.35=4.001，故围囹受力：围囹受力：V = 90.80x4.001 = 363.29KN、M= 56.29x4.001 = 225.216KN m，max max对撑最大反力 134.18x4.001二 536.85KN，斜撑最大支撑反力为107x4.001 = 428.11KN。围囹所需截面：W = %= 225 X103 = 1.047 x 10-3 m3 = 1047 cm 3Is215 x 106选用 I50c 工字钢， W = 2012.98cm3,I =50324.53cm4， t = 20mm ， t =16mm，fwS =1200.8cm3 ， I/S = 50324.5

27、3 /1200.8 = 41.9cmS = Mmax = 225.216 x103 = 111.9MPaVS = 215MPa W2012.98VS 363.29x103t = 54.2MPaV f = 110.5MPaIt 419 x16w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. 2 1/40. 35=5. 63，故围囹受力：V 二90.80X5.63 二511.2KN、M 二56.29x5.63 二316.91KN m， 对撑最大反力 max m

28、ax134.18x5.63 二 755.43KN，斜撑最大支撑反力为107x5.63 = 602.41KN。围囹所需截面：W 二% 二 316.91x 103 二 1.474 x 10-3m3 二 1474cm3M215 x 106选用双150c工字钢, W = 2012.98cm3, I = 50324.53cm4，= 20mm，= 16mm，fwS =1200.8cm3， I/S =50324.53/1200.8=41.9cmMmax316.91x 1032012.98=157.4MPaV5 = 215MPaVSIfw511.2 x103419x16= 76.3MPaV f = 110.5

29、MPa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：V = 90.80x5.65 = 513.0KN、M = 56.29x5.65 = 318.04KN m，对撑最大反 力 maxmax134.18x5.65 = 758.12KN，斜撑最大支撑反力为107x5.65 = 604.55KN。围囹所需截面：M318.04x103W = 1.479 x 10-3 m3 = 1479cm 3b215 x 106选用 I50c

30、 工字钢， W =2012.98cm3, I =50324.53cm4， t =20mm， t =16mm，fwS =1200.8cm3， I/S =50324.53/1200.8=41.9cmZ 务需;J 二 1580MPa 二 215MPaVS 513x103t = 二二 76.5MPa f 二 110.5MPaIt 419 x16w故顶层围囹采用150c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134.18348.8

31、1536.85755.43758.12最大值758.12对撑承受轴向力，最大为758.12KN,为对撑处，采用400钢管，管壁厚 t 二 14mm， = 400mm， i 二 137.3mm， A = 17065.13mm2, W = 1599753mm3，最长对撑i = 16.5m。0根据长细比九二i /i二120.17，查钢结构设计规范附表得稳定系数o申=0.43。自重弯矩M=空=7&5 x .17 x 1652 = 45.415 KN mmax 8* 竺 + 二 75812 x 103 + 心15 x 106 二 131.70fL 215 MPa 申AW0.43 x 17065.131599753满足要求。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400螺旋钢管，壁厚14mm钢 管能满足要求。