深基坑拉森钢板桩支护专项施工方案.docx

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深基坑拉森钢板桩支护专项施工方案

拉森扣板桩受力验算：

因本工程xx施工区地质情况复杂，且无明显变化界限。

为确保施工安全，选取有代表性的地质断面分别计算荷载，取最不利荷载对拉森扣板桩支护进行验算，作为最终支护标准。

根据广东省公路勘察规划设计院提供的工程地质勘察报告及现场实际开挖获取的地质资料提取验算参数。

1、代表性地质断面情况如下表（按14m深度统计）

地质钻探孔号

地层名称

层厚（m）

土的容重ｒ（KN/m3）

内摩擦角φ（°）

凝聚力

c（KPa）

备注

ZK50

人工回填土

2.6

18.4

23

淤泥质粉质粘土

10.2

15.9

4.4

5.5

细砂

1.1

19.3

0

0

ZK56

人工回填土

1.9

18.4

23

淤泥质粉质粘土

1.3

15.9

4.4

5.5

淤泥质粉砂

10.2

19.3

14.2

0

粉质粘土

0.6

20.1

22.2

17.3

ZK64

人工回填土

1.9

18.4

23

17.3

粉土

1.6

20.3

6.2

28

淤泥质粉粘土

5.5

15.9

4.4

5.5

粉质粘土

2.4

20.1

22.2

17.3

全风化泥质粉砂岩

2.6

19.3

14.2

40.5

2、拉森钢板桩参数

钢板桩型号

每延米截面积cm2

每延米惯矩

Ix（cm4）

每延米抵抗矩Wx（cm3）

容许弯曲应力

［σw］（MPa）

容许剪应力

［τ］（MPa）

备注

SKSPⅢ

191

16800

1340

210

120

SKSPⅣ

242.5

38600

2270

210

120

3、拉森钢板桩最大悬臂长度的计算：

3.1、根据xx开挖深度h＝3m以上进行拉森钢板桩支护，取3m范围的土层计算土体参数加权平均值。

ZK50：

ｒ＝（18.4×2.6＋15.9×0.4）/3＝18.0KN/m3

φ＝（23×2.6＋4.4×0.4）/3＝20.52

Ka＝tga2（45°－φ/2）=0.481

ZK56：

ｒ＝（18.4×1.9＋15.9×1.1）/3＝18.0KN/m3

φ＝（23×1.9＋4.4×1.1）/3＝16.18

Ka＝tga2（45°－φ/2）=0.564

ZK64：

ｒ＝（18.4×1.9＋20.3×1.1）/3＝19.09KN/m3

φ＝（23×1.9＋6.2×1.1）/3＝16.84

Ka＝tga2（45°－φ/2）=0.551

3m深度处的最大主动土压力荷载：

ZK50：

q＝ｒ×h×Ka＝25.974KN/m

ZK56：

q＝ｒ×h×Ka＝30.456KN/m

ZK64：

q＝ｒ×h×Ka＝31.556KN/m

故取ZK64地质断面进行拉森钢板桩最大悬臂长度进行验算

3.2拉森钢板桩最大悬臂长度计算

3.2.1、SKSPⅢ型拉森钢板桩（只用于开挖深度3～4m的管道）

Mmax≦Wx×［σw］

1/6*h*h*19.09*h*0.551*10000≦2270*210

故h≦3.0m

因SKSPⅢ型拉森钢板桩用于开挖深度为3～4m的管道，大于其最大悬臂长度，故需加支撑。

3.2.2、SKSPⅣ型拉森钢板桩（只用于开挖深度4～6.5m的管道）

Mmax≦Wx×［σw］

1/6*h*h*19.09*h*0.551*10000≦1340*210

故h≦2.52m

因SKSPⅣ型拉森钢板桩用于开挖深度为4～6.5m的管道，大于其最大悬臂长度，故需加支撑。

4、拉森钢板桩入土深度

4.1、土的参数计算

根据设计要求，基槽开挖深度在3～4m采用9mSKSPⅢ型拉森钢板桩，基槽开挖深度在4～6.5m采用12mSKSPⅣ型拉森钢板桩。

4.1.1、9mSKSPⅢ型拉森钢板桩（取土层最大影响深度9m）：

ZK50：

ｒ＝（18.4×2.6＋15.9×6.4）/9＝16.22KN/m3

φ＝（23×2.6＋4.4×6.4）/9＝9.77

Ka＝tga2（45°－9.77/2）=0.710

Kp＝tga2（45°＋9.77/2）=1.409

ZK56：

ｒ＝（18.4×1.9＋15.9×1.3＋19.3×5.8）/9

＝18.62KN/m3

φ＝（23×1.9＋6.2×1.3＋4.4×5.8）/9＝14.64

Ka＝tga2（45°－14.64/2）=0.596

Kp＝tga2（45°＋14.64/2）=1.676

ZK64：

ｒ＝（18.4×1.9＋20.3×1.6＋15.9×5.5）/9

＝17.21KN/m3

φ＝（23×1.9＋6.2×1.6＋4.4×5.5）/9＝8.56

Ka＝tga2（45°－8.56/2）=0.741

Kp＝tga2（45°＋8.56/2）=1.350

根据Ka×ｒ最大值选取最不利荷载ZK64土层参数作为计算依据

4.1.2、12mSKSPⅣ型拉森钢板桩（取土层最大影响深度12m）：

ZK50：

ｒ＝（18.4×2.6＋15.9×9.4）/12＝16.44KN/m3

φ＝（23×2.6＋4.4×9.4）/12＝8.43

Ka＝tga2（45°－8.43/2）=0.550

Kp＝tga2（45°＋8.43/2）=1.344

ZK56：

ｒ＝（18.4×1.9＋15.9×1.3＋19.3×8.8）/12

＝18.79KN/m3

φ＝（23×1.9＋6.2×1.3＋4.4×8.8）/12＝14.53

Ka＝tga2（45°－14.53/2）=0.599

Kp＝tga2（45°＋14.53/2）=1.670

ZK64：

ｒ＝（18.4×1.9＋20.3×1.6＋15.9×5.5＋20.1×2.4＋19.3×0.6）/12＝17.89KN/m3

φ＝（23×1.9＋6.2×1.6＋4.4×5.5＋22.2×2.4＋14.2×0.6）/9＝11.62

Ka＝tga2（45°－11.62/2）=0.664

Kp＝tga2（45°＋11.62/2）=1.504

根据Ka×ｒ最大值选取最不利荷载ZK64土层参数作为计算依据

4.2、计算简图

4.2.1、根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，假定上端为简支，下端为自由支承。

这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如下：

4.2最小入土深度的计算

4.3.1开挖4m深SKSPⅢ型拉森钢板桩最小入土深度

为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即∑MA＝0，亦即

F*1.5+EaHa－EpHp＝F*1.5+Ea*2/3*（H＋t）－Ep（H+2/3*t）＝0

其中：

主动土压力Ea＝1/2ea（H+t）＝1/2*ｒ*（H+t）2Ka

被动土压力Ep＝1/2ept＝1/2*ｒ*t2Kp

ｒ＝17.21KN/m3,φ＝8.56,Ka＝0.741,Kp＝1.350，H=4m

F=Ea－Ep

将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：

t3＋6t2－37t－24.5＝0

解得t＝4.2m，拉森钢板桩4m开挖深度最小长度为：

地面预留部分0.5m＋开挖深度4m＋入土深度4.2m＝8.7m，故采用9mSKSPⅢ型拉森钢板桩支护满足3～4m基槽开挖深度的要求。

4.3.2开挖5m深SKSPⅣ型拉森钢板桩最小入土深度

为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即∑MA＝0，亦即

F*1.5+EaHa－EpHp＝F*1.5+Ea*2/3*（H＋t）－Ep（H+2/3*t）＝0

其中:

主动土压力Ea＝1/2ea（H+t）＝1/2*ｒ*（H+t）2Ka

被动土压力Ep＝1/2ept＝1/2*ｒ*t2Kp

ｒ＝17.89KN/m3,φ＝11.62,Ka＝0.664,Kp＝1.504，H=5m

F=1/2*ea*（H＋t）－1/2*ept

将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：

t3＋9t2－52t－196.3＝0

解得t＝5.8m，拉森钢板桩5m开挖深度最小长度为：

地面预留部分0.5m＋开挖深度5.8m＋入土深度5m＝11.3m，故采用12mSKSPⅣ型拉森钢板桩单支撑支护满足4～5m基槽开挖深度的要求。

4.3.3开挖6.5m深SKSPⅣ型拉森钢板桩最小入土深度

为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即∑MA＝0，亦即

F1*0.5+F2*3.5+EaHa－EpHp＝F1*0.5+F2*3.5+Ea*2/3*（H＋t）－Ep（H+2/3*t）＝0

其中:

主动土压力Ea＝1/2ea（H+t）＝1/2*ｒ*（H+t）2Ka

被动土压力Ep＝1/2ept＝1/2*ｒ*t2Kp

ｒ＝17.89,φ＝11.62,Ka＝0.664,Kp＝1.504，H=6.5m

根据扣板桩受力平衡即F1+F2+Ep－Ea＝0及扣板桩下端弯矩平衡即（5＋t）*F1+（3+t）*F2+Ep/3－（6.5＋t）*Ea/3=0方程组求得：

F1=（1.5+0.33t）Ep-（0.42+0.33t）*Ea

F2=（1.42+0.33t）*Ea-（2.5+0.33t）Ep

将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：

t3＋13t2－44t－65.8＝0

解得t＝3.7m，拉森钢板桩5m开挖深度最小长度为：

地面预留部分0.5m＋开挖深度3.7m＋入土深度6.5m＝10.7m，故采用12mSKSPⅣ型拉森钢板桩双支撑支护满足5～6.5m基槽开挖深度的要求。

5、坑底涌砂验算

因6.5m开挖范围内为粘土，无粉砂土及细砂等，故基坑抽水时不会引起涌砂。

6、拉森钢板桩支撑腰梁验算

6.1开挖4m深单支撑腰梁

6.1.1计算参数

HW400*400腰梁参数：

Ix＝66900cm4Wx＝3340cm3［σw］＝210MPa［τ］＝120MPa,S=219.5cm2

由4.3.1中得知q＝F/1=（Ea－Ep）/1=226KN/m

6.1.2荷载分布图

为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算

6.1.3抗弯验算：

最大弯矩Mmax＝0.08*ql2＝0.08*226*52=452KN*m

Wx×［σw］＝3340*210/1000=701.4KN*m﹥Mmax

故腰梁满足抗弯要求

6.1.4抗剪验算：

最大剪力Qmax＝0.6*ql＝0.6*226*5=678KN

［τ］*S=210*219.5/10=4609.5KN﹥Qmax

故腰梁满足抗剪要求

6.2开挖5m深单支撑腰梁

6.2.1计算参数

HW400*400腰梁参数：

Ix＝66900cm4Wx＝3340cm3［σw］＝210MPa［τ］＝120MPa,S=219.5cm2

由4.3.2得知q＝F/1=Ea–Ep=196.1KN/m

6.2.2荷载分布图

为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算

6.2.3抗弯验算：

最大弯矩Mmax＝0.08*ql2＝0.08*196.1*52=392.2KN*m

Wx×［σw］＝3340*210/1000=701.4KN*m﹥Mmax

故腰梁满足抗弯要求

6.2.4抗剪验算：

最大剪力Qmax＝0.6*ql＝0.6*196.1*5=588.3KN

［τ］*S=210*219.5/10=4609.5KN﹥Qmax

故腰梁满足抗剪要求

6.3开挖6.5m深双支撑腰梁

6.3.1计算参数

HW350*350腰梁参数：

Ix＝40