连接井基坑支护计算课件Word格式.docx

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图1.2基坑支护典型断面图（供参考）

2、设计资料

2.1、基坑内设计参数

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γ为16.3KN/m2，内摩擦角为Φ=15.5°

，粘聚力c=13.7KPa；

（土的参数参考广电院提供给我方地质报告）

4、地面超载q：

按20KN/m2考虑；

5、钢板桩暂设拉森Ⅳ400×

170U型钢板桩，W=2270cm3，[δ]=200MPa，桩长18m。

2.2、前排钢板桩设计参数

1、钢板桩桩顶高程为+2.7m；

地面标高为+2.5m，南边基槽开挖标高为-6.2（第八排桩顶往下1.2m），则地面到基槽底距离为8.7m，基槽底至钢板桩底距离为9.1m。

2、由于前排钢板桩临近海边，桩前后的土侵没于海水中，土体参考饱和土计算。

土的饱和容重γ为12.4KN/m2，内摩擦角为Φ=15.5°

，粘聚力c=0KPa；

3、地面超载q：

按0KN/m2考虑；

4、钢板桩暂设拉森Ⅳ400×

170U型钢板桩，W=2270cm3，[δ]=200MPa，桩长18m。

2.3、计算方法

由于钢板柱围堰的入土深度较大，土体对入土部分的围堰起到了嵌固作用，此时围堰上端收到内撑的支撑作用，下端受到土体的嵌固支承作用。

计算支撑内力时，采用等值梁法计算，为简化计算，常用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置。

计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将板桩墙前和墙后的被动土压力分别乘以修正系数（为安全起见，对主动土压力则不予折减），钢板桩被动土压力修正系数如下表所示：

土体摩擦角ψ

10°

15°

20°

25°

30°

35°

修正系数K

1.2

1.4

1.6

1.7

1.8

2.0

表2.1等值梁法被动土压力修正系数

因为计算采用的土体内摩擦角为15.5°

，所以修正系数取K=1.4

本计算亦作出如下假设：

1）.假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。

2）.因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）。

3）.弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。

4）.本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。

3、基坑内支护计算

3.1、支撑层数及间距

根据现场施工需要和工程经济性，确定采用三层支撑，第一层h1=1.2m，支撑标高+1.3m；

第二层支撑h2=2m，支撑标高-0.7m。

第三层支撑高度h3=4m，支撑标高为-4.7m。

图3.1钢板桩受力分析图（供参考）

3.2、支撑及钢板桩受力计算

主动土压力系数Ka=tan²

（45°

-φ/2）=tan²

-15.5°

/2）=0.578

被动土压力系数Kp=Ktan²

+φ/2）=1.4×

tan2（45°

+15.5°

/2）=2.421

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），则地面到基坑底距离为3.2m。

1、主动土压力：

Pa=qKa+γzKa

①z=0mPa=20×

0.578+16.3×

0×

0.578=11.56KN/m2

②z=3.2m（地面到基坑底距离）Pa=20×

3.2×

0.578=41.71KN/m2

2、被动土压力：

①z=3.2m（地面到基坑底距离）

Pp=16.3×

（3.2-3.2）×

2.421=0KN/m2

②z=17.2m（地面到钢板桩底距离）Pp=16.3×

（17.2-3.2）×

2.421=552.5KN/m2

3、计算反弯点位置：

假定钢板桩上土压力强度为零的点为反弯点，则有：

Pa=Pp

Pa=20×

z×

0.578=Pp=16.5×

（z-3.2）×

2.421

z=4.59m

4、等值梁法计算内力：

钢板桩简化为连续简支梁，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，Rb即为作用在第一层支撑上的荷载。

图3.2等值梁计算图式

求得：

Rb=74.4KN/m；

Rc=38.7KN/m；

弯矩最大处为：

Mmax=41.5KN/m³

工况二：

安装第二层支撑后

基坑开挖至-1.7m（第二层支撑往下1m），则地面到基坑底距离为4.2m。

②z=4.2mPa=20×

4.2×

0.578=41.05KN/m2

①z=4.2mPp=γzKp=16.3×

（4.2-4.2）×

②z=17.2mPp=γzKp=16.3×

（17.2-4.2）×

2.421=513KN/m2

3、计算反弯点：

0.578=Pp=16.3×

（z-4.2）×

z=5.90m

4、等值梁法计算内力

并求出各支点反力Rb、Rc、Rd，Rb、Rc即为作用在第一层、第二层支撑上的荷载。

图3.3等值梁计算图式

Rb=42.0KN/m；

Rc=105.0KN/m；

Rd=25.0KN/m

Mmax=24.5KN/m³

工况三：

安装第三层支撑后

基坑开挖至-5.9m。

②z=8.4mPa=20×

8.4×

0.578=90.7N/m2

③z=17.2mPa=20×

17.2×

0.578=173.6KN/m2

①z=8.4mPp=γzKp=16.3×

（8.4-8.4）×

（17.2-8.4）×

2.421=347.3KN/m2

（z-8.4）×

z=11.42m

并求出各支点反力Rb、Rc、Rd，Rb、Rc、Rd即为作用在第一层、第二层和第三层支撑上的荷载。

图3.4等值梁计算图式

Rb=33.3KN/m；

Rc=137.1KN/m；

Rd=331.5KN/m；

Rf=57.4KN/m；

M=122.6KN/m³

图3.5钢板桩剪力及弯矩图

3.3、钢板桩强度校核

由上述计算分析可知，钢板桩受弯矩最大时为工况三。

此时钢板桩受最大弯矩122.6KN/m³

。

钢板桩暂设拉森Ⅳ400×

170U型钢板桩，W=2270cm3，有效宽度为400mm，[δ]=200MPa。

则钢板桩最大应力为：

δmax=Mmax/W=122.6×

0.4×

10-3÷

（2270×

10-6）=21.60MPa<

[δ]=200MPa

即钢板桩强度符合要求。

3.4、支撑围檁强度校核

根据上述计算可知，在工况三情况下，第三层围檁受力最大。

现计算第三层整个围檁结构的受力情况，以验算围檁的强度是否足够。

图3.7围檁及支撑布置图

根据上图用ansys对围檁及支撑进行建模，围檁及支撑的材料都为HW400型钢，q=Rd=331.5KN/m，最终围檁及支撑材料的应力结果如下图：

图3.8围檁及支撑应力图

围檁及支撑的最大应力为352.378MP>

[δ]=188MPa，不满足规范要求

围檁及支撑修正：

根据上述计算，围檁及支撑不符合强度要求，但我们知道，上述的计算有两个基本假设，1、钢板桩为刚性固体，不会发生位移。

2、围檁是自由约束，其最终挠度的大小与钢板桩无关。

但实际上，围檁焊接于钢板桩中，当围檁位移过大时，钢板桩会限制其位移，达到保护围檁的作用。

根据钢板桩强度的校核可知，钢板桩的最大应力只有21.60MPa，远远小于其屈服强度200MPa。

现通过反算法，计算围檁可承受的最大压力，钢板桩受到此压力支撑情况下，钢板桩的稳定性及强度是否足够。

1）、当q=130KN/m（及第三层围檁每1m受力130KN）时，围檁及支撑受力如下：

图3.9修正后围檁及支撑应力图

围檁及支撑的最大应力为169.42MP<

[δ]=188MPa，满足规范要求

2）、此时，第二层围檁及第三层围檁各提供给钢板桩的最大约束力为130KN/m（即Rc和Rd等于130KN），钢板桩的受力分析如下：

图3.10等值梁计算简图

Rb=125.5KN/m

Rf=179.8KN/m

最大弯矩为Mmax=426.8KN/m。

钢板桩最大应力为：

δmax=Mmax/W==426.8×

10-6）=75.21MP<

图3.11弯矩及剪力图

因此，如果适当调整支撑的应力，增大钢板桩的自身的挠度，那么围檁和支撑是可以满足现场施工要求的。

3.5、围檁及支撑稳定性校核

由应力图可知，前排钢板桩围檁中间段跨度大，应力强。

其出现的破坏的可能性也最大，现对其稳定性进行校核，看是否符合相关规范要求。

长细比为：

=

89，查得折减系数ψ=0.628

式中：

A：

为H钢截面面积，A=219.5cm²

；

I：

横截面惯性矩，I=22400cm4；

l：

跨距长，l=8.934m（计算过程中按9m计算）；

μ=1.0（按两端铰接考虑）；

中排钢板桩围檁中间段的应力计算如下:

根据ansys计算，查询围檁中间段的应力为：

压应力：

σc=35.756MPa

弯曲应力：

σm=85.601Pa

则：

σc/ψ+σm=35.756÷

0.628+85.601=142.537<

[σ]=188MPa

N：

为围檁受到的压力；

为围檁的截面积；

M：

为围檁受到的弯矩；

W：

为围檁抗弯模数；

综上计算可知，围檁的稳定性满足施工要求

3.6、后排钢板桩对拉钢丝绳强度计算

后排钢板桩宽10.7m，由于场地布置限制，无法对围檁进行内支撑加固。

现计划在钢板桩南部施打两根H钢，