深基坑钢板桩支护计算..

1 1 工程简介 工程简介 越南沿海火力发电厂 3 期连接井位于电厂厂区内 距东边的煤灰堆场约 100m 连接井最南侧距海边约 30m 40m 现根据施工需要 将连接井及部分陆 域段钢管段设置成干施工区域 即将全部连接井及部分陆域钢管段区域逐层开 挖成深基坑 然后在基坑进行施工工作 基层四周采用 CDM 桩或者钢板桩进 行支护 干施工区域平面图如下所示 图 1 1 干施工区域平面图 连接井 拉森 钢板桩顶 4 50 2 30 4 70 拉森 钢板桩底 5 90 15 70 10 90 1 30 0 70 基坑底标高 5 90 40 工字钢 围 柃 40 工字钢 围 柃 500mm钢管 撑 杆 500mm钢管 撑 杆 500mm钢管 立 柱 500mm钢管 立 柱 图 1 2 基坑支护典型断面图 供参考 2 设计资料 设计资料 1 钢板桩桩顶高程为 3 3m 2 地面标高为 2 5m 开挖面标高 5 9m 开挖深度 8 4m 钢板桩底标高 14 7m 3 坑内外土体的天然容重 为 16 5KN m2 内摩擦角为 8 5 度 粘聚力 c 10KPa 4 地面超载 q 按 20 KN m2考虑 5 钢板桩暂设拉森 400 170 U 型钢板桩 W 2270cm3 200MPa 桩 长 18m 3 内力计算内力计算 3 1 支撑层数及间距支撑层数及间距 按等弯矩布置确定各层支撑的间距 则钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度 为 m603 2 mm2603 742 0 5 16 2270102006 r 6 5 3 a K W h h1 1 11h 1 11 2 603m 2 89m h2 0 88h 0 88 2 603m 2 29m 根据现场施工需要和工程经济性 确定采用两层支撑 第一层 h 1 2m 支 撑标高 1 3m 第二层支撑 h1 2m 支撑标高 0 7m 3 2 作用在钢板桩上的土压力强度及压力分布作用在钢板桩上的土压力强度及压力分布 主动土压力系数 Ka tan 45 2 tan 45 8 5 2 0 742 被动土压力系数 Kp tan 45 2 tan2 45 8 5 2 1 347 工况一工况一 安装第一层支撑后 基坑内土体开挖至 0 7m 第二层支撑标高 1 主动土压力 aaa P qK zK z 0m Pa 20 0 742 16 5 0 0 742 14 84KN m2 z 3 2m 地面到基坑底距离 Pa 20 0 742 16 5 3 2 0 742 54 02KN m2 2 被动土压力 pp P zK z 3 2m 地面到基坑底距离 Pp 16 5 3 2 3 2 1 347 0KN m2 z 17 2m 地面到钢板桩底距离 Pp 16 5 17 2 3 2 1 347 311 157KN m2 3 计算反弯点位置 假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点 则有 Pa Pp Pa 20 0 742 16 5 z 0 742 Pp 16 5 z 3 2 1 347 z 8 61m 4 等值梁法计算内力 钢板桩 AD 段简化为连续简支梁 用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩 从中求出最大弯矩 Mmax 以验算钢板桩截面 并求出各支点反力 Rb Rd Rb 即为作用在第一层支撑上的荷载 图 1 3 等值梁计算图式 求得 Rb 173 81KN m 即第一层围檁每米受力 173 81KN m Rd 82 48KN m 工况二工况二 安装第二层支撑后 基坑开挖至 5 9m 1 主动土压力 aaa P qK zK z 0m Pa 20 0 742 16 5 0 0 742 14 84KN m2 z 8 4m Pa 20 0 742 16 5 8 4 0 742 117 7KN m2 z 17 2m Pa 20 0 742 16 5 17 2 0 742 225 4KN m2 2 被动土压力 pp P zK z 8 4m Pp zKp 16 5 8 4 8 4 1 347 0KN m2 z 17 2m Pp zKp 16 5 17 2 8 4 1 347 195 6KN m2 3 计算反弯点 Pa Pp 假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点 则有 Pa Pp Pa 20 0 742 16 5 z 0 742 Pp 16 5 z 8 4 1 347 求得 z 20 19 m 4 等值梁法计算内力 钢板桩 AE 段简化为连续简支梁 用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩 从中求出最大弯矩 Mmax 以验算钢板桩截面 并求出各支点反力 Rb Rc Re Rb Rc即为作用在第一层 第二层支撑上的荷载 图 1 3 等值梁计算图式 求得 Rb 3286KN m Rc 4474 94KN m 图 1 4 钢板桩受力图 3 3 计算钢板桩最小入土深度计算钢板桩最小入土深度 钢板桩入土深度主要受两个因素的影响 一是竖向不产生管涌 二是基底 土体横向不产生侧移 按工况二考虑 以土体侧向稳定性来分析 m KK R x ap c 86 51 742 0 347 1 5 16 94 44746 6 最小入土深度 t 1 1 y x 1 1 0 51 86 57 046m 实际入土深度 8 8m 57 046m 不满足规范要求 基坑底部土体会发生横 向侧移 4 稳定性验算 稳定性验算 4 1 抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算 1 从第二层支撑以下外侧主动土压力对支撑点的力矩 MQC 54 02 225 4 14 2 14 2 3 18255 44 2 内侧被动土压力对第二层支撑点的力矩 MRC 195 6 8 8 2 5 2 8 8 2 3 9524 416 3 抗倾覆稳定性安全系数 KQ MRC MQC 19048 332 18255 44 0 52 1 05 不符合规范要求 4 2 基底抗隆起稳定性分析 基底抗隆起稳定性分析 地基承载力系数 Nq e tg tg2 45 2 e tg8 5tg2 45 8 5 2 2 153 Nc Nq 1 tg 2 153 1 tg8 5 7 715 抗隆起安全系数 0 2775 0 208 84 8 5 16 715 7 10153 2 8 8 5 16 qh c o1 cq2 D NDN KWZ 不满足要求 基坑底部土体会发生隆起 附录附录 上述的计算都是遵循下述的公式 1 土压力 土压力 支护结构承受的土压力 与土层地质条件 地下水状况 支护结构构件的 刚度亦即施工工况 方法 质量等因素密切相关 由于这些因素千变万化 十 分复杂 因此难于计算土压力的准确值 目前国内 外常用的计算土压力方法 仍以库仑公式或郎肯公式为基本计算公式 库仑公式和郎肯公式均为假设土体 为极限平衡状态下的计算公式 1 主动土压力强度 无粘性土 aa P zK 粘性土 aaa P zK 2c K 式中 土的容重 c 分别为土的粘聚力 内摩擦角 z 计算点处土体深度 Ka 郎肯主动土压力系数 2 a Ktg 45 2 2 被动土压力强度 无粘性土 pp P zK 粘性土 ppp P zK 2c K 式中 土的容重 c 分别为土的粘聚力 内摩擦角 z 计算点处土体深度 Kp 郎肯被动土压力系数 2 p Ktg 45 2 2 多撑 多锚 式钢板桩计算 多撑 多锚 式钢板桩计算 2 1 支撑 锚杆 的布置和计算 支撑 锚杆 层数和间距的布置 影响着钢板桩 支撑 围檩的截面尺寸 和支护结构的材料量 其布置方式有以下两种 1 等弯矩布置 这种布置是将支撑布置成使钢板桩各跨度的最大弯矩相等 充分发挥钢板 桩的抗弯强度 可使钢板桩材料用量最省 计算步骤为 根据工程的实际情况 估算一种型号的钢板桩 并查得或计算其截面模 量 W 根据其允许抵抗弯矩 计算板桩悬臂部分的最大允许跨度 h 3 a 6 W h K 式中 钢板桩抗弯强度设计值 W 截面抗弯模量 钢板桩后土的重度 Ka 主动土压力系数 计算板桩下部各层支撑的跨度 把板桩视作一个承受三角形荷载的连续 梁 各支点近似的假定为不转动 即把每跨看作两端固定 可按一般力学计算 各支点最大弯矩都等于 Mmax Mmin时各跨的跨度 其值如图 3 1 3 1 所示 如果算出的支撑层数过多或过少 可重新选择钢板桩的型号 按以上步 骤进行计算 图 3 2 3 1 支撑的等间距布置 2 等反力布置 这种布置是使各层围檩和支撑所受的力都相等 使支撑系统简化 计算支撑的间距时 把板桩视作承受三角形荷载的连续梁 解之即得到各 跨的跨度如图 3 1 3 2 所示 图 3 2 3 2 支撑的等反力布置 这样除顶部支撑压力为 0 15P 外 其他支撑承受的压力均为 P 其值按下式 计算 2 a 1 n1 P0 15P K H 2 2 a K H 2 n1 0 15 P 通常按第一跨的最大弯矩进行板桩截面的选择 2 2 多撑 多锚 式钢板桩入土深度计算 多撑 多锚 式钢板桩入土深度 可用盾恩近似法或等值梁法进行计算 1 盾恩近似法计算 其计算步骤如下 绘出板桩上土压力的分布图 经简化后的土压力分布如图 3 2 3 3 所示 图 3 2 3 3 多层支撑板桩计算简图 假定作用在板桩 FB 段上的荷载 FGN B 一半传至 F 点上 另一半 由坑底土压力 MB R 承受 由图 3 2 3 3 几何关系可得 2 a5pa 11 K HLx K K x 22 即 2 paaa5 K K xK HxK HL0 式中 Ka Kp H L5均为已知 解得 x 值即为入土深度 坑底被动土压力的合力 P 的作用点 在离基坑底 2x 3 处的 W 点 假定此 W 点即为板桩入土部分的固定点 所以板桩最下面一跨的跨度为 5 2 FWLx 3 假定 F W 两点皆为固定端 则可近似地按两端固定计算 F 点的弯矩 2 等值梁法计算 其计算步骤同单撑 单锚 板桩 绘出土压力分布图 如图 3 2 3 4 图 3 2 3 4 等值梁法计算多层支撑板桩计算简图 a 土压力分布图 b 等值梁 c 入土深度计算简图 计算板桩上土压力强度等于零点离开挖面的距离 y 值 按多跨连续梁 AF 用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩 从中求出最 大弯矩 Mmax 以验算板桩截面 并可求出各支点反力 RB RC RD RF 即作用 在支撑上的荷载 根据 RF和墙前被动土压力对板桩底端 O 的力矩相等的原理可求得 x 值 而 t0 y x 所以板桩入土深度为 t 1 1 1 2 t0 3 稳定性验算稳定性验算 3 1 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算 包括以下内容 3 2 1 1 板桩底地基承载力 按照下式计算 结构底平面作为求极限承载力的基准面 可由以下公式求抗隆起安全系数 2 qc wz 10 DN cN K h D q 式中 1 坑外地表至板桩底 各土层天然重度的加权平均值 2 坑内开挖面以下至板桩底 各土层天然重度的加权平均值 c 桩底处地基土粘聚力 q 基坑外地面荷载 h0 基坑开挖深度 D 板桩在基坑开挖面以下的桩入土深度 Nq Nc 地基承载力系数 tg 2 q N etg 45 2 q c N 1 N tg 桩底处地基土内摩擦角 Kwz 围护墙底地基承载力安全系数 根据基坑重要性取值 一级 基坑工程取 2 5 二级基坑工程取 2 0 三级基坑工程取 1 7 备注 基坑工程根据其重要性分为以下三级 备注 基坑工程根据其重要性分为以下三级 1 符合下列情况之一时 属一级基坑工程 支护结构作为主体结构的一部分时 基坑开挖深度大于 等于 10 米时 距基坑边两倍开挖深度范围内有历史文物 近代优秀建筑 重要管线等 需严加保护时 2 除一级 三级以外的均属二级基坑工程 3 开挖深度小于 7 米 且周围环境无特别要求时 属三级基坑工程 图 3 3 1 1 围护墙底地基承载力验算图式 3 1 基坑底部土体的抗隆起稳定性 按照下式计算 RL L SL M K M 式中 MRL 抗隆起力矩 RL1s23 M R K tg R tg R c 2333 0 10f21221121 h11 R D qh D q sin cos sin cos D cos cos 223 2322 2f2121221121 111 R D q sin2 sin2 D sin cos sin cos 2 cos cos 223 2 3021 R h D D f00 q h q 围护墙底以上地基土各土层天然重度的加权平均值 D 围护墙在基坑开挖面以下的入土深度 Ka 主动土压力系数 取 2 a Ktg 45 2 c 滑裂面上地基土的粘聚力和内摩擦角的加权平均值 h0 基坑开挖深度 1 最下一道支撑面与基坑开挖面间的水平夹角 2 以最下一道支撑点为圆心的滑裂面圆心角 q 坑外地面荷载 MSL 隆起弯矩 2 SL00 1 M h q D 2 KL 抗隆起稳定性安全系数 一级基坑工程取 2 5 二级基坑工程 取 2 0 三级基坑工程取 1 7 图 3 2 1 2 基坑底抗隆起计算简图 3 2 抗管涌验算抗管涌验算 地下水位较高的地区 开挖后会形成水头差 产生渗流 当渗流较大时 有可能造成底部管涌稳定性破坏 因此 验算管涌稳定性也是十分必要的 可 通过下式对其进行