钢板桩计算书520.docx
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钢板桩计算书520.docx
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钢板桩计算书520
1设计资料
2钢板桩入土深度计算
2.1内力计算
2.2入土深度计算
3钢板桩稳定性检算
3.1管涌检算
3.2基坑底部隆起验算
4围囹检算
4.1.1
工况一
5
4.1.2
工况二
6
4.1.3
工况三
7
4.1.4
工况四
8
4.1.5
工况五
9
4.1.6
工况七
11
4.1.7
工况八
12
4.1.8
工况九
13
4.2围囹计算
14
4.2.1
顶层围囹
15
4.2.2
第一层围囹
..16
4.2.3
第二层围囹
..17
4.1工况分析与计算
5
4.2.4第三层围囹
17
4.2.5第四层围囹
18
5对撑和斜撑检算
19
南淝河特大桥连续梁主墩承台
钢板桩围堰施工计算书
1设计资料
(3)封底混凝土采用C30混凝土,封底厚度为1m
⑶坑内、外土的天然容重加权平均值「1、「2均为:
18.9KN/m3;内摩擦
角加权平均值—18.8。
;粘聚力C:
24KPa
⑷地面超载q:
按70吨考虑,换算后为10KN/m。
(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=2043crm
fe]=200Mpa桩长18m
2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
公式得:
Ka"g2(45°-学)O.51
Kpi=tg2(45°)1.95
h。
=q/r=10/18.9=0.53m
(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,P284页(5-96)公式得:
h西匝1空竺也043=2940mm=2.9m
\rKaV18.9x0.51
hl=l.llh=1.11*2.9=3.2m
h2=0.88h=0.88*2.9=2.6m
h3=0.77h=0.77*2.9=2.2m
根据施工需要调整支撑布置h1=2.1m,h2=2.1m,h3=1.6层数为3层。
受力简图见图2.1
图2.1钢板桩受力简图
2.2入土深度计算
用盾恩近似法计算钢板桩入土深度
主动土压力系数,被动土压力系数从上可知:
Ka=0.51、Kp=1.95
图2.2钢板桩计算简图
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:
(Kp-Ka)x2-KaHx-KaHL=0
(1.95-0.51)x2-0.51x9.23x-0.51x9.23x0.84=0
X=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2x处,所以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I=9.54+6.023=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h1=8.54m,入土深度h2=x,最短的渗流途径如图2-1所示为
h1+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:
式中K为安全系数取1.7;
水容重取rw=10KN/m3;
土的浮容重为rb=18.9-10=8.9KN/m3;
水力梯度i=H斗(H+2X);
计算得3.89m时,不会发生管涌。
所需桩长I=9.54+3.89=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=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=8.46m、H=9.54m、q=10KN/m2、护=18.8°、C=24KPa、安全系数K=1.7
mCD
=弄备2(45+5)=5.69
(NqT)
-\=13.78
Nq
Nc
Ks
=DxNq+cNc=18.9咒8.46咒5.69+24咒13.78=354〉〔7
"「1(H+x)+q"18.9x(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Pa=Kar(h1+h2),被动土压力
强度Pb=Kbrh
4.1.1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,钢板桩为顶
部简支的单锚浅埋板,则支撑受力为Ra=Ea—Ep。
假定钢板桩所需入土深度为t,
12122
Ea=—r(H+t)2Ka=—x18.9x(3.4+t)2x0.51=4.82(3.4+t)22212122
Ep=3Kp訂.妙18.""18.43七
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
22
丄(3EP-2Ea)H(3x18.43t2-2X4.82x(3.4+t)2)x3.4
t=—
t=2.81m
Ea=4.82咒(3.4+2.81)2=185.879KN
2
Ep=18.43X2.81=145.525KN
因此Ra=Ea-Ep=40.354KN
剪力为零的点据支撑点的距离
rKKph=Ra+rKah取K=1.53,h=0.84m。
M=40.354X0.84=33.90MPa
V=Ra
3
Ra40.35咒103
T=—=厂=4.08MPav[f]=110.5MPa
A98.7X10
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:
TT.-I
33.06
J5.1L
++T*电*¥¥
受力布置图(KN/m)
剪力图(KN
iTflJfllinnllllJrlijiifliiMnrJJflllJflfivlljlJrJnlntJfl
弯矩图(KN-m)
计算得钢板桩:
Vmax=88.51KN、Mmax=88.5KN?
m,最大支撑反力
104.82KN。
作用在第一层围囹和支撑处。
则此时钢板桩的应力为
3
5=加語計宀43.3"PavZ=200MPa
3
宀二885—97"PaPa
故此工况下钢板桩能够满足要求。
4.1.3工况三
2m处固结
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,在基底以下
的连续梁结构,则建模如下:
7371
受力布置图(KN/m)
剪力图(KN)
4.SaOO*j!
.M
\-^1.17-S1..17
n
弯矩图(KN-m)
计算得钢板桩:
Vmax=137.84KN、Mmax=128.45KN?
m,最大支撑反力
161.45KN。
作用在第二层围囹和支撑处。
则此时钢板桩的应力为
3
台二加洛血=62.9MPavd=200MPa
3
"¥=1|7.7410^"97"PaVfl"°.5MPa
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-1.54m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:
TTHTHw
剪力图(KN)
乍尸七Tj而■•沖
弯矩图(KN-m)
计算得钢板桩:
VmaxJ75.91KN、Mmax=153.3OKN?
m,最大支撑反力
223.79KN。
作用在第三层围囹和支撑处。
则此时钢板桩的应力为
3
台二加1204301护1宀75.0MPavB]=200Mpa
3
"^^II^IF17.82”PaVW"5"Pa
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:
73.71
剪力图(KN
-126.16
\-04-J4.5J
hv加上*
1EdL4七);帛’m耐;飞曲(5山1爲
S92i69.35
弯矩图(KN-m
计算得钢板桩:
Vmax=168.12KN、Mmax=126.16KN?
m,最大支撑反力
228.10KN。
作用在第四层围囹和支撑处。
则此时钢板桩的应力为
3
-M=1£1>^=61.8Mpavd-00Mpa
3
T=沁J68"2"0=17.03MPav[f]=110.5MPaA98.7X102
故此工况下钢板桩能够满足要求。
4.1.6工况六
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:
2.90
⑴
3.44
受力布置图(KN/m)
203.10
fJ
Trrrrv^""
rrm^T■^加
J⑶-备13(O
-13S.a4
IJJG
U37
剪力图(KN
-C5jSPS3£O
号
112974.29
弯矩图(KN-m)
计算得钢板桩:
Vmax=203.10KN、Mmax=155.67KN?
m,第三层最大反力为
155.351KN,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
右=—J5'67";x10^=76.20MPaVfe】=200MPaW2043x10』
T二仏二203."1^=20.58MPaV[f]=110.5MPa
A98.7X102
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=Vmax、假设是支撑,则面积A=0.125m2
—kP=®^03±^10;=2.4MPa。
A0.125X106
4.1.6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。
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:
受力布置图(KN/m)
131.9+
-119.4+
k
■J53.4+-5王科
、WLW
EG52.e
弯矩图(k
JJ>^4
e
N-m
c*)
on
剪力图(KN
-77.51-77JI
-3339
max
计算得钢板桩:
Vmax=131.84KN、Mmax=77.51KN?
m,第三层最大反力为
227.21KN,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
3
合唱=S4511O0^w-37.94MPavbi=200MPa
T=理J31'84"0=13.36MPav[f]=110.5MPaA98.7X102
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:
33DC
irIfir^'f1If1ImJiJfIfT111IjlilJllIIfJlri'ilJrJfJnlJrliW1+
疗
73.-71
受力布置图(KN/m)
剪力图(KN
J?
1
35.175i.E
1
S.65
i
⑶rss
弯矩图(KN-m)
计算得钢板桩:
Vmax=78.11KN、Mmax=60.31KN?
m,第一层支撑最大反
力97.84KN作用在第一层围囹处。
则此时钢板桩的应力为
6=M=eO-31"0。
」=29.52MPa W2043X10 3 R7811X10 T=」==7.91MPa<[f]=110.5MPa A98.7X102 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围囹计算 围囹设四个脚撑和两道对撑,结构如下图 围囹及支撑结构图( 各工况下层围囹受力情况如下表所示: 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 40.354 0 0 0 0 工况二 8.76 104.82 0 0 0 工况三 9.4 69.88 161.45 0 0 工况四 13.21 69.88 101.21 223.79 0 工况五 13.21 69.88 101.21 126.61 228.10 工况六 9.4 69.88 160.007 155.351 0 工况七 9.4 99.24 101.21 227.21 0 工况八 7.54 97.84 0 0 0 工况九 40.354 0 0 0 0 最大值 40.354 104.82 161.45 227.21 228.10 421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: 剪力图(KN) 弯矩图(KN-m 107.00KN 横桥向围囹建模平面如下: 受力布置图(KN/m) ■65.03 剪力图(KN) ■40JO'40JO•MPM•弗曲 g;克 2797 2552-25.52 WF■2J斗wz 2797as.71 弯矩图(KN-m) 围囹所需截面: 选用I40a工字钢,W=1086cm3,I=21714cm4,tf=16.5mm,t^10.5mm, 3 S=626.05cm,I/S=21714/626.05=34.68cm Mmax=40.5KN? m,对撑最大支撑反力为 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421的104.82/40.35=2.59,故围囹受力: Vmax=90.80X2.6=236.08KN、Mmax=56.29^2.6=146.35KN? m,对撑最大反力 134.18X2.6=348.87KN,斜撑最大支撑反力为107^2.6=278.2KN。 围囹所需截面: 3 wM146.35x10ccc,C3cc”3 W=_i=6~=0.681x10m=681cm fe]215x10 选用I40a工字钢,W=1086cm3,I=21714cm4,tf=16.5mm,t^10.5mm, S=626.05cm3, I/S=21714/626.05=34.68cm 3 146.35X103A ==134.76MPav[6]=215MPa 1086 T=些=236.08"10=64.83MPav[f]=110.5MPa Itw346.8x10.5 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421的 161.45/40.35=4.001,故围囹受力: 围囹受 力: Vmax=90.80x4.001=363.29KN Mmax=56.29X4.001=225.216KN? m,对撑最 大反力134.18x4.001=536.85KN, 斜撑最大支撑反力为107X4.001=428.11KN。 围囹所需截面: W二霁P=1.047沢10’fe】215X106 3,C「3 m=1047cm 选用I50c工字钢,W=2012.98cm3,I=50324.53cm4,t^20mm,t^16mm, S=1200.8cm3, I/S=5032453/1200.8=41.9cm 3 5^225.21^10=111.9MPave=215MPa W2012.98 T=些=363.29"0=54.2MPav[f]=110.5MPaItw419X16 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 421相同,反力为421的227.21/40.35=5.63,故围囹受力: Vmax=90.80咒5.63=511.2KN、Mmax=56.29咒5.63=316.91KN? m,对撑最大反力 134.18x5.63=755.43KN,斜撑最大支撑反力为107咒5.63=602.41KN。 围囹所需截面: 3 W=M=316.91x10=1.474x10」m3=1474cm3fe]215x10 选用双I50c工字钢,W=2012.98cm3,I=50324.53cm4,tf=20mm,tw=16mm, S=1200.8cm3,I/S=5032453/1200.8=41.9cm 3 6=316.9^10=157.4MPav[6]=215MPa W2012.98 T=些二511."10=76.3MPav[f]=110.5MPa Itw419X16 故顶层围囹采用150c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421的228.1/40.35=5.65,故围囹受力: Vmax=90.80X5.65=513.0KN、Mmax=56.29咒5.65=318.04KN? m,对撑最大反力 134.18X5.65=758.12KN,斜撑最大支撑反力为107咒5.65=604.55KN。 围囹所需截面: W=眷=318.04勺0=1.479"0讣3=1479cm3fc]215勺06 S=1200.8cm3, 选用I50c工字钢,W=2012.98cm3,I=50324.53cm4,tf=20mm,t^16mm, I/S=5032453/1200.8=41.9cm -Mw maX311Z^=158.0MPa215MPa 3 VS513x10一cr仆 T=—==76.5MPav[f]=110.5MPa Itw419<16 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 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=14mm,*=400mm,137.3mm,A=17065.13mm2,W=1599753mm3,最 长对撑i。 =16.5m。 根据长细比A=io/i=120.17,查《钢结构设计规范》附表得稳定系数 ^=0.43。 自重弯矩 申AW0.43X17065.131599753 758.停103=131.70v[心215MPa 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140a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14mn钢 管能满足要求。
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- 钢板 计算 520