钢板桩支护计算书有围檩内支撑改11.docx
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钢板桩支护计算书有围檩内支撑改11
钢板桩支护验算计算书
一、工程概况
本标段的三座框架桥。
位于穂莞深城际铁路新塘至洪梅段中堂动车所内。
桥址区
属于珠江三角洲滨海平原区,地势平坦。
主要用于河涌排洪。
JXDK1+676框架桥(1*15m-5m)与中堂运用所正线斜交67°,全桥长18.03m,斜
宽167.76m,底板厚1.2m,边墙厚0.8m,顶板厚0.9m,全桥为一跨结构;地表标高为1.9-2.2m,基坑底标高-2.48m~-2.31m,基坑开挖深度4.2m~4.5m。
二、钢板桩支护结构施工方案
我局管段穗莞深城际SZH-6标,桥位均处于软土及水涌中,框架桥基坑开挖均采用钢板桩支护;河涌段水位较浅,先设草袋围堰施工框架桥基础,开挖时再设钢板桩支护。
支护墙体采用9m长钢板桩,钢板桩基坑顶处设置300*300的H型钢围檩,支撑体系采用内支撑形式,采用Ф325*6mm钢管,长18.6m,间距6m。
1、钢板桩支护
1)钢板桩的选用
采用拉森Ⅲ型钢板桩(B=400mm,H=125mm,t=13mm)。
考虑地质情况和开挖深度的需要,施工采用浅埋单层支点排桩墙,选用9m长度的钢板桩。
2、钢板桩的插打
总体施工流程:
施工准备→测量定位→打钢板桩→钢板桩合拢→钢板桩外拉锚→清底→封底→垫层→底板施工→脚手架架设→顶板、边墙施工→钢板桩围堰拆除。
钢板桩采用逐片插打逐渐纠偏直至合拢,插打时利用挖掘机或吊车附带钢丝绳吊
起后,液压振动捶夹板夹住钢板桩到位,按要求沿框架桥四周每边外放1.5米要求,振动锤边振动边插打。
为了确保插打位置准确,第一片钢板桩要从两个互相垂直的方
向同时控制,确保其垂直度在0.5%内,然后以此为基础向两边插打。
考虑到水位高的因素,转交处使用特制角桩插打,整个钢板桩形成一个整体,达到安全止水的最佳效果。
3、钢支撑结构形式
为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠,钢板桩墙体支撑体系尤为重要。
具体支撑及安装位置见附图1,支撑结构材料如下:
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1)钢板桩支护墙体坡顶处采用300*300的H型钢围檩,每个对角采用三块300mm
×300mm×10mm钢板连接;对角斜撑采用两300*300的H型钢,对角处用四块250mm
×250mm×10mm钢板连接。
在钢板桩竖向放出围檩安装位置,每隔3m焊接牛腿1个。
2)钢板桩支撑体系采用内支撑,支撑体系采用Ф325*6mm钢管,长18.6m,间距
6m。
三、参数信息
1、钢板桩长9m,拉森钢板桩的主要性能参数见下表:
拉森钢板桩技术参数表
钢板桩示意图及钢板桩围堰示意图见下图。
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钢板桩锁口
2、地质参数
1)土层分布情况:
第一层:
(1),Q4ml素填土,厚度约0.3~1.5m;
第二层:
(2)1,Q4alm淤泥,流塑,I,σ0=40kPa,厚度约6.2~6.9m,天然密
度ρ=1.6(g/cm3),粘聚力c=5.25KPa,内摩擦角φ=8.37°;
(1)淤泥质土的容重值:
16KN/m3;内摩擦角值:
8.37°;粘聚力C=5.25KPa。
参考中交一局桥梁施工地勘报告土层物理力学性能指标资料取值。
第三层:
(2)5-2,Q4alm粉质黏土,可塑,Ⅱ,σ0=140kPa,厚度约3.8~4.9m。
淤泥质土的容重值:
18KN/m3;内摩擦角值:
22°;粘聚力C=23KPa。
注:
摘自XX文库《粉质粘土物理力学性质表》
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经各层土加权平均,土的密度=1.68(g/cm3),粘聚力c=12.66KPa,内摩擦
角φ=14.06°。
3、荷载参数
基坑顶边有土方、材料、混凝土运输等,综合考虑荷载q=20KPa。
四、钢板桩插入深度
1、地面荷载q=20KPa。
2、基坑开挖深度
本框架桥中,开挖深度4.2-4.5m。
详见附图基坑防护结构立面图。
3、主动土压力系数K=tan2(45°-18.28°/2)=0.52,
Ka
0.72;
a
按《市政工程施工计算实用手册》
(以下计算公式均来自本手册)式(37-36)计算
被动土压力系数,δ=2/3,被动土压力内摩擦角取1.3系数(土的内摩擦角可酌
情调整有桩基的板桩墙内侧,在密集群桩深度范围内,乘以1.2~1.4),
n=1.3=18.28°;δ=2/3=9.37°;
K=
cos
2=2.41
p
cosδ-
sin(δ
)sin
1)根据朗金土压力理论:
最大主动土压力强度ea
(h
x)ka
2c
ka式1;
ep
xk
p
2c
kp
式2;
最大被动土压力强度
h—基坑开挖深度;x—钢板桩入土深度;
2)最大主动土压力
E
E
E
1
ea(hx)
a
2
式3;
qq(hx)ka式4;
1
pepx
2式5;
取支撑点MA0;得
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2
hx
h0
1
h
x
h0
Ep
2
Ea
Eq
xhh0
3
2
3
式6;
其中h0为内支撑距钢板桩顶面距离,根据现场实际情况,本工程取h0=0m。
3)支撑反力Ta
根据平衡得支撑反力Ta=Ea+Eq-Ep式7;
2、浅埋单层支点桩墙顶端支撑法计算
q
TA
Eq
Ea
Ep
pqa
最大主动土压力强度ea(hx)ka2cka=8.74*(4.5+x)-18.23
Kpa
最大被动土压力强度
ep
xk
p
2ckp
=40.49x+39.246Kpa
即:
1
2
;
Ea
2ea(hx)
4.374.5
x
9.124.5x
Eq
(
)
ka
10.44.5
x
;
qh
x
Ep
1
epx
20.245x2
19.623x;
2
将以上公式代入式
6,解一元三次方程得钢板桩入土深度
x=2.2m,
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施工时尚应乘以K=1.1-1.5,本工程取K=1.2,则钢板桩长=4.5+1.2*2.2=7.14m。
施工时取9m长钢板桩即可。
取钢板桩插入深度x=2.2m,
所以:
E
1e
a(
h
x
)
4.374.5
x
2
x
;
a
2
9.124.5
=135.065KN/m
Eq
q(h
x)ka
10.44.5x=69.68KN/m;
Ep
1epx
20.245x
2
19.623x=141.156KN/m;
2
故TA=Ea+Eq-Ep=63.59KN/m;
6、求最大弯矩Mmax和钢板桩选型
最大弯矩发生于剪力为零处,设从墙顶往下
y处剪力为零,则
1
Kay2
qKay-Ra0
2
求得y=2.39m
max
R(y-
h)-
1qK
y2
-
1
Ky3
M=
a
0
2
a
6
a
求得Mmax=88.38KN·m/m
即每延米墙体承受的最大弯矩为88.38KN·m/m,发生于墙顶下2.39m
根据求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力(参见《公路桥梁钢结构及木结构设
计规范》,一般取[f]=170-200N/mm2),即可选择板桩的截面、型号。
最大应力计算值
2
2
σ=M/Wβ=88380/1340*1=65.96N/mm
<170N/mm
其中β-钢板桩截面抵抗矩折减系数,当桩顶设有整体围檩时取β=1,不
设置时取β=0.7;
选择拉森Ⅲ型钢板桩。
五、围檩、内支撑验算
1)钢围檩拟采用300*300的H型钢,支撑体系采用Ф325*6mm钢管,详见基坑防
护支撑布置图,首先施工钢板桩,围檩、内支撑等随开挖随施工。
2)本次验算取外拉锚的间距l=6m,简略计算如下图:
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作用线荷载q=TA=63.59kN/m;
最大弯矩M=0.1ql2=0.1*63.59*62=228.924kN?
m;
300*300的H型钢最大弯曲应力:
Mmax
228.924
*106
2
<[]
2
W
1370*
103
167.1N/mm
215N/mm
满足强度要求;
300*300的H型钢刚度:
ql4
63.59
*
60004
12.76mm<[f]
6000
f
150*2.1*10
*20500*104
15mm
150EI
5
400
满足刚度要求。
(2)内支撑强度验算:
内支撑采用Ф325*6mm钢管,单根的轴力为N=63.59*6=381.54kN.
Φ325钢管最大弯曲应力:
N381.54*103
2
2
A
6013
63.45N/mm<[]
215N/mm
其中截面抵抗矩
2
2
2
A=π(d外-d内
)/4=6013mm
满足强度要求;
六、基坑底部隆起稳定性计算
支撑式支挡结构,其嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求,抗隆起稳定性可按下
列公式验算:
2DNqcNc
KL
D)q
1(h0
式中:
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D——墙体插入深度(m);
h0——基坑开挖深度(m);
q——地面以上均布荷载(kPa);
c——支护墙底处的地基土粘聚力(kPa)
γ1——基坑外地表至墙底,各土层天然重度的加权平均值(kN/m3);
γ2——基坑外地表至墙底,各土层天然重度的加权平均值(kN/m3);
Ncp、Nqp——地基极限承载力系数;
用普朗特尔公式,Ncp、Nqp如下:
NqPtan2(45)etan
2
Ncp(Nqp1)/tan
──支护墙底处土的内摩擦角(0)
KL──抗隆起安全系数;考虑图中A'B'面上抗剪强度抵抗隆起作用未考虑,固安全系数KL可取低一些,要求KL≥1.1~1.2。
计算隆起稳定性示意图
查地勘报告有各土层物理力学指标:
天然容重γ1=1.68(g/cm3),γ2=1.72(g/cm3)。
支护墙底处土的内摩擦角值:
22°;粘聚力C=23KPa。
钢板桩插到第三层:
(2)5-2,Q4alm粉质黏土即停止,地面超载q0=20kN/m2。
代入以上各项数据有
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NqP
tan2(45
)etan
2
qp
求得N=7.82
Ncp
(Nqp
1)/tan
=16.88
基坑开挖深度为h=4.5m,插入土深度D=4.2m。
0
KL
2DNq
cNc
17.24.2
7.82
23
16.88
1(h0
D)q
16.8
(4.5
4.2)
5.73>1.2
20
经以上计算钢板满足坑底隆起稳定性要求。
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