悬臂支护结构设计计算书--钢板桩

1、悬臂支护结构设计计算书 计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、土力学与地基基础 一、参数信息 1、基本参数支护桩材料钢桩支护桩间距ba(m)0.001支护桩嵌入土深度ld(m)8.5基坑开挖深度h(m)4.5基坑外侧水位深度ha(m)0.7基坑内侧水位深度hp(m)6.8支护桩在坑底处的水平位移量(mm)5地下水位面至坑底的土层厚度D1(m)0.5基坑内外的水头差h(m)5 2、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角(

2、)饱和土重度sat(kN/m3)水土分算填土3.11822020是粉砂12.318.532822是粉砂3.6216522是 3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载1.5/条形局部荷载0.7520/0矩形局部荷载0.753322 4、计算系数结构重要性系数00.9综合分项系数F0.9嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks1.25流土稳定性安全系数Kf1.4 二、土压力计算土压力分布示意图附加荷载布置图 1、主动土压力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45- 1/2）= ta

3、n2(45-20/2)=0.49； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-20/2)=0.49； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-20/2)=0.49； Ka4=tan2(45- 4/2）= tan2(45-28/2)=0.361； Ka5=tan2(45- 5/2）= tan2(45-28/2)=0.361； Ka6=tan2(45- 6/2）= tan2(45-28/2)=0.361； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-0.7m H1=0h0+q1/i=0+1.5/18=0.083m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=180

4、.0830.49-220.490.5=-2.068kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=18(0.7+0.083)0.49-220.490.5=4.106kN/m2 第2层土：0.7-2m H2=1h1+q1/sati=12.6+1.5/20=0.705m Pak2上 =sat2H2-w(h1-ha)Ka2-2c2Ka20.5+w(h1-ha)=200.705-10(0.7-0.7)0.49-220.490.5+10(0.7-0.7)=4.109kN/m2 Pak2下 =sat2(H2+h2)-w(h1-ha)Ka2-2c2Ka20.5+w(h1-ha)=20(

5、0.705+1.3)-10(2-0.7)0.49-220.490.5+10(2-0.7)=23.479kN/m2 第3层土：2-3.1m H3=2h2+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=38.6+1.5+0/20=2.005m Pak3上 =sat3H3-w(h2-ha)Ka3-2c3Ka30.5+w(h2-ha)=202.005-10(2-0.7)0.49-220.490.5+10(2-0.7)=23.479kN/m2 Pak3下 =sat3(H3+h3)-w(h2-ha)Ka3-2c3Ka30.5+w(h2-ha)=20(2.005+1.1)-10(3.1-0.7)0.49-22

6、0.490.5+10(3.1-0.7)=39.869kN/m2 第4层土：3.1-5m H4=3h3+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=60.6+1.5+0/22=2.823m Pak4上 =sat4H4-w(h3-ha)Ka4-2c4Ka40.5+w(h3-ha)=222.823-10(3.1-0.7)0.361-230.3610.5+10(3.1-0.7)=34.151kN/m2 Pak4下 =sat4(H4+h4)-w(h3-ha)Ka4-2c4Ka40.5+w(h3-ha)=22(2.823+1.9)-10(5-0.7)0.361-230.3610.5+10(5-0.7)=6

7、1.382kN/m2 第5层土：5-6m H5=4h4+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=102.4+1.5+0+0/22=4.723m Pak5上 =sat5H5-w(h4-ha)Ka5-2c5Ka50.5+w(h4-ha)=224.723-10(5-0.7)0.361-230.3610.5+10(5-0.7)=61.382kN/m2 Pak5下 =sat5(H5+h5)-w(h4-ha)Ka5-2c5Ka50.5+w(h4-ha)=22(4.723+1)-10(6-0.7)0.361-230.3610.5+10(6-0.7)=75.

8、714kN/m2 第6层土：6-13m H6=5h5+q1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=124.4+1.5+0/22=5.723m Pak6上 =sat6H6-w(h5-ha)Ka6-2c6Ka60.5+w(h5-ha)=225.723-10(6-0.7)0.361-230.3610.5+10(6-0.7)=75.714kN/m2 Pak6下 =sat6(H6+h6)-w(h5-ha)Ka6-2c6Ka60.5+w(h5-ha)=22(5.723+7)-10(13-0.7)0.361-230.3610.5+10(13-0.7)=176.038kN/m2 3）水平荷

9、载 临界深度：Z0=Pak1下h1/(Pak1上+ Pak1下)=4.1060.7/(2.068+4.106)=0.466m； 第1层土 Eak1=0.5Pak1下Z0ba=0.54.1060.4660.001=0.001kN； aa1=Z0/3+h2=0.466/3+12.3=12.455m； 第2层土 Eak2=h2(Pa2上+Pa2下)ba/2=1.3(4.109+23.479)0.001/2=0.018kN； aa2=h2(2Pa2上+Pa2下)/(3Pa2上+3Pa2下)+h3=1.3(24.109+23.479)/(34.109+323.479)+11=11.498m； 第3层土

10、Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)ba/2=1.1(23.479+39.869)0.001/2=0.035kN； aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)+h4=1.1(223.479+39.869)/(323.479+339.869)+9.9=10.403m； 第4层土 Eak4=h4(Pa4上+Pa4下)ba/2=1.9(34.151+61.382)0.001/2=0.091kN； aa4=h4(2Pa4上+Pa4下)/(3Pa4上+3Pa4下)+h5=1.9(234.151+61.382)/(334.151+361.382)+8=8.86m； 第5层土 Eak5

11、=h5(Pa5上+Pa5下)ba/2=1(61.382+75.714)0.001/2=0.069kN； aa5=h5(2Pa5上+Pa5下)/(3Pa5上+3Pa5下)+h6=1(261.382+75.714)/(361.382+375.714)+7=7.483m； 第6层土 Eak6=h6(Pa6上+Pa6下)ba/2=7(75.714+176.038)0.001/2=0.881kN； aa6=h6(2Pa6上+Pa6下)/(3Pa6上+3Pa6下)=7(275.714+176.038)/(375.714+3176.038)=3.035m； 土压力合力： Eak=Eaki=0.001+0.0

12、18+0.035+0.091+0.069+0.881=1.095kN； 合力作用点： aa= (aaiEaki)/Eak=(12.4550.001+11.4980.018+10.4030.035+8.860.091+7.4830.069+3.0350.881)/1.095=4.183m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+28/2)=2.77； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+28/2)=2.77； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：4.5-11.3m H1=0h0/i=0/18.5=0m Ppk1上

13、=1H1Kp1+2c1Kp10.5=18.502.77+232.770.5=9.986kN/m2 Ppk1下 =1(h1+H1)Kp1+2c1Kp10.5=18.5(6.8+0)2.77+232.770.5=358.452kN/m2 第2层土：11.3-13m H2=1h1/sati=125.8/22=5.718m Ppk2上 =sat2H2-w(h1-hp)Kp2+2c2Kp20.5+w(h1-hp)=225.718-10(6.8-6.8)2.77+232.770.5+10(6.8-6.8)=358.441kN/m2 Ppk2下 =sat2(H2+h2)-w(h1-hp)Kp2+2c2Kp2

14、0.5+w(h1-hp)=22(5.718+1.7)-10(8.5-6.8)2.77+232.770.5+10(8.5-6.8)=431.949kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Epk1=bah1(Pp1上+Pp1下)/2=0.0016.8(9.986+358.452)/2=1.253kN； ap1=h1(2Pp1上+Pp1下)/(3Pp1上+3Pp1下)+h2=6.8(29.986+358.452)/(39.986+3358.452)+1.7=4.028m； 第2层土 Epk2=bah2(Pp2上+Pp2下)/2=0.0011.7(358.441+431.949)/2=0.672kN； a

15、p2=h2(2Pp2上+Pp2下)/(3Pp2上+3Pp2下)=1.7(2358.441+431.949)/(3358.441+3431.949)=0.824m； 土压力合力： Epk=Epki=1.253+0.672=1.925kN； 合力作用点： ap= (apiEpki)/Epk=(4.0281.253+0.8240.672)/1.925=2.91m； 3、基坑内侧土反力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45-1/2）= tan2(45-28/2)=0.361； Ka2=tan2(45-2/2）= tan2(45-28/2)=0.361； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1

16、层土：4.5-11.3m H1=0h0/i=0/18.5=0m Psk1上 =(0.212-1+c1)h0(1-h0/ld)/b+1H1Ka1=(0.2282-28+3)0(1-0/8.5)0.005/0.01+18.500.361=0kN/m2 Psk1下 =(0.212-1+c1)h1(1-h1/ld)/b+1(h1+H1)Ka1=(0.2282-28+3)6.8(1-6.8/8.5)0.005/0.01+18.5(0+6.8)0.361=135.038kN/m2 第2层土：11.3-13m H2=1h1/sati=125.8/22=5.718m Psk2上 =(0.222-2+c2)h1

17、(1-h1/ld)/b+sat2H2-w(h1-hp)Kp2+w(h1-hp)=(0.2282-28+3)6.8(1-6.8/8.5)5/10+225.718-10(6.8-6.8)0.361+10(6.8-6.8)=135.036kN/m2 Psk2下 =(0.222-2+c2)h2(1-h2/ld)/b+sat2(H2+h2)-w(h2-hp)Kp2+w(h2-hp)=(0.2282-28+3)8.5(1-8.5/8.5)5/10+22(5.718+1.7)-10(8.5-6.8)0.361+10(8.5-6.8)=69.777kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Psk1=b0h1(Ps1

18、上+Ps1下)/2=0.0016.8(0+135.038)/2=0.459kN； as1=h1(2Ps1上+Ps1下)/(3Ps1上+3Ps1下)+h2=6.8(20+135.038)/(30+3135.038)+1.7=3.967m； 第2层土 Psk2=b0h2(Ps2上+Ps2下)/2=0.0011.7(135.036+69.777)/2=0.174kN； as2=h2(2Ps2上+Ps2下)/(3Ps2上+3Ps2下)=1.7(2135.036+69.777)/(3135.036+369.777)=0.94m； 土压力合力： Ppk=Ppki=0.459+0.174=0.633kN；

19、合力作用点： as= (asiPski)/Ppk=(3.9670.459+0.940.174)/0.633=3.135m； Psk=0.633kNEp=1.925kN 满足要求！ 三、稳定性验算 1、嵌固稳定性验算 Epkapl/(Eakaal)=1.9252.91/(1.0954.183)=1.223Ke=1.2 满足要求！ 2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图 Ksi =cjlj+(qjbj+Gj)cosj-jljtanj/(qjbj+Gj)sin cj、j 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(

20、)； lj第j土条的滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa) ； Gj第j土条的自重(kN)，按天然重度计算； uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhwaj，在基坑内侧，可取ujwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj0； w地下水重度(kN/m3)； hwaj基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； hwpj基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； min Ks1 ，Ks2 ，Ksi，=-0.389 Ks=1.25 不满足要求，增加支挡构件的嵌固深度或选用其它支挡形式！ 3、渗透稳定性验算渗透稳定性简图 匀质含水层中，地下水渗流的稳定性验算： =(sati-w)hi/H=(18-10)0.7+(18-10)2.4+(22-10)1.4/4