深基坑钢板桩支护计算

1、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根1、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30m40m。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 干施工区域平面图学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根4.50连接井40#工字钢拉森钢板桩顶2.30围 柃1.300

2、.70500mm钢管40#工字钢500mm钢管撑杆围 柃撑杆4.705.90基坑底标高 -5.90500mm钢管500mm钢管立柱立柱10.90拉森钢板桩底15.70图 1.2 基坑支护典型断面图（供参考）2、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/m 2，内摩擦角为 =8.5 度，粘聚力c=10KPa；4、地面超载 q：按 20 KN/m 2 考虑；5、钢板桩暂设拉森 400×170 U 型钢板桩， W=2270cm3， =200MPa，桩长

3、 18m。3 内力计算3.1 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：学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根h6W6 200 105227032603mm 2.603mrK a16.5 0.742h1=1.11h=1.11 2×.603m=2.89mh2=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。

4、3.2 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=tan2(45° - /2)= tan2(45°-8.5° /2)= 0.742 被动土压力系数 Kp=tan2(45°+/2)=tan2(45°+8.5°/2)=1.347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： Pa =qK azK az=0mPa=20×0.742+16.5×0×0.742=14.84KN/m2z=3.2m（地面到基坑底距离 )）Pa=20× 0.742+16

5、.5×3.2×0.742=54.02KN/m22、被动土压力： Pp =zK p 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/m23、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=PpPa=20×0.742+16.5× z× 0.742=Pp=16.5× (z-3.2)× 1.347z=8. 61m4、

6、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，学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根从中求出最大弯矩M max，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：安装第二层支撑后，基坑开挖至-5.9m。1、主动土压力： Pa =qK azK az=0mPa=20×0.742

7、+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/m22、被动土压力： Pp =zK p z=8.4m Pp=zK p=16.5× (8.4-8.4)× 1.347=0KN/m2 z=17.2m Pp =zK p=16.5×(17.2-8.4)× 1.347=195.6KN/m23、计算反弯点：

8、Pa=Pp假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，则有：Pa=PpPa=20×0.742+16.5× z× 0.742=Pp=16.5× (z-8.4)× 1.347求得： z=20.19 m学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根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M max，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

9、.3 等值梁计算图式求得： Rb =-3286KN/m ；Rc=4474.94KN/m；图 1.4 钢板桩受力图学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根3.3 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：6Rc6 4474.94x51.86m( K p K a )16.5 （1.347 - 0.742）最小入土深度 t=1.1（y+x）=1.1 ×（ 0+51.86）=57.046m实际入

10、土深度 8.8m57.046m，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4.1 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：M QC=(54.02+225.4) 14×÷2×14×2/3=18255.442、内侧被动土压力对第二层支撑点的力矩：M RC=195.6 ×8.8÷2×(5.2+8.8 2/3)=9524×.4163、抗倾覆稳定性安全系数K Q=M RC/M QC=19048.332÷ 18255.440.52 1.05不符合规范要求。4.2 基底抗隆起稳

11、定性分析：地基承载力系数：Nq=e tg tg2(45+/2)= e tg8.5tg2(45+8.5/2)=2.153Nc=(Nq-1)÷(tg )=(2.153-1)÷(tg8.5)=7.715抗隆起安全系数学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根K WZ2 DN qcN c16.5 8.8 2.153 107.715（h oD）q（）200.775 2.0116.5 8.48.8不满足要求，基坑底部土体会发生隆起。附录上述的计算都是遵循下述的公式1、土压力支护结构承受的土压力

12、， 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Pa =zK a粘性土Pa = zK a -2cK a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K a 郎肯主动土压力系数2K atg (45 -)2、被动土压力强度无粘性土Pp = zK p粘性土学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 &#

13、183;法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根Pp =zK p +2c K p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K p 郎肯被动土压力系数K ptg 2 (45)22、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

14、算板桩悬臂部分的最大允许跨度h。h= 36 WK a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K a 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 M max、M min 时各跨的跨度，其值如图所示。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。学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根图支撑的等间距布置2、等反力布置这种布

15、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所示：图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：(n1)P0.15P1 K a H 22PK a H 22(n10.15)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学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根多撑（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

16、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所示。图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。由图几何关系可得：1 K a H （ L 5 x)1 (K p -K a )x 222即:(K p2aa5-Ka )xK HxKHL0式中： K a、K p、 H、L 5 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：FW L 5 2 x3假定 F、W两点皆为固定端，则可近似地按两端固定计

17、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；学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根图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 M max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

18、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=(1.11.2) t03 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：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DN q +cN c2K wz =(h +D)+q10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；学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根h0

19、 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；tg2N q =etg (45)N q -1N c =tg 桩底处地基土内摩擦角；K wz 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：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

20、特别要求时，属三级基坑工程。图围护墙底地基承载力验算图式学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根3.1 基坑底部土体的抗隆起稳定性按照下式计算：KL= MRLM SL式中： M RL 抗隆起力矩；M RL =R 1K s tg+R 2 tg+R 3 cR1 =D(h 0 +qh 0 )+ 1 D 2 qf (2 -1+sin 2cos2 -sin1cos1)- 1D 3 (cos32 -cos 3 1)223R= 1D2 q+ - 1(sin2 -sin2 )-1 D 3 sin2 cos -sin

21、2 cos +2(cos -cos )22f21 2213221121R =h D+( -)D 23021qf =h0 +q 0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 K atg 2 (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；M SL 隆起弯矩， M SL = 1 (h0 +q 0 )D 2 ;2K L 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。学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 阿卜 ·日 ·法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根图基坑底抗隆起计算简图3.2 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验算：i cK g =式中： ic 临界水力坡度， i c 1e 1坑底土体