鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)

1、鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算書(shū)設(shè)計(jì)：校對(duì)：審核：二O一七年一月目錄目錄2一、概述11.1 計(jì)算說(shuō)明11.2 施工流程11.3 計(jì)算依據(jù)11.4 計(jì)算參數(shù)及材料選擇21.4.1 計(jì)算參數(shù)21.4.2 材料選擇21.5 計(jì)算方法2二、鋼板樁圍堰支護(hù)計(jì)算分析52.1 #81墩鋼板樁支護(hù)驗(yàn)算52.1.1 懸臂端允許最大跨度52.1.2 鋼板樁最小入土深度t52.1.3 基底抗隆起驗(yàn)算72.1.4 鋼板樁及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算72.2 #54墩鋼板樁支護(hù)驗(yàn)算92.2.1 懸臂端允許最大跨度92.2.2 鋼板樁最小入土深度t92.2.3 基底抗隆起驗(yàn)算112.2.4 抗管涌驗(yàn)算122.2.5 C30水下硅灌注厚度驗(yàn)算

2、132.2.6 鋼板樁及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算132.3 A匝道1號(hào)橋#7墩鋼板樁支護(hù)驗(yàn)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.3.1 懸臂端允許最大跨度錯(cuò)誤味定義書(shū)簽,2.3.2 鋼板樁最小入土深度t錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽,2.3.3 基底抗隆起驗(yàn)算錯(cuò)誤味定義書(shū)簽,2.3.4 抗管涌驗(yàn)算錯(cuò)誤味定義書(shū)簽,2.3.5 C30水下硅灌注厚度驗(yàn)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽,2.3.6 鋼板樁及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算錯(cuò)誤味定義書(shū)簽,2.4 底模板支撐計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.1 工字鋼強(qiáng)度驗(yàn)算錯(cuò)誤味定義書(shū)簽,2.4.2 牛腿焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算錯(cuò)誤味定義書(shū)簽,三、結(jié)論及意見(jiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。一、概述1.1 計(jì)算說(shuō)明1.2 施工流程1 .總體施工方案根據(jù)

3、現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地的特點(diǎn)，陸域承臺(tái)基坑擬采用鋼板樁圍護(hù)施工，水中墩采用筑島圍堰作為施工平臺(tái)、基坑采用拉森鋼板樁圍護(hù)；其余水中墩采用搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行水中樁基鉆孔施工后拆除樁位的平臺(tái)，后采用拉森鋼板樁圍進(jìn)行系梁承臺(tái)施工。2 .施工工藝流程1)水中鋼板樁圍堰施工流程施工準(zhǔn)備一測(cè)量定位一打設(shè)導(dǎo)向樁一安裝導(dǎo)向架一打鋼板樁一堰內(nèi)抽水一安裝第二層鋼板樁內(nèi)支撐一堰內(nèi)抽水、水下開(kāi)挖一澆筑水下封底混凝土一清基堵漏一破樁樁檢一澆筑承臺(tái)碎墊層一系梁(承臺(tái))施工及碎養(yǎng)護(hù)一澆筑墩身施工碎養(yǎng)護(hù)一逐層充水、拆除第二層內(nèi)撐一拆除第一層內(nèi)撐一拔樁、撤場(chǎng)。2)承臺(tái)施工流程(掛籃)根據(jù)施工圖及高程放設(shè)鋼板樁定位線一表層土下挖0.5m溝槽一

4、根據(jù)定位線控設(shè)鋼板樁導(dǎo)向槽鋼一整修平整施工機(jī)械行走道路一插打拉森IV鋼板圍護(hù)樁一將圍護(hù)樁打設(shè)至指定標(biāo)高一基坑開(kāi)挖深度達(dá)0.5m依次安裝三角支架、圍楝及水平內(nèi)支撐一繼續(xù)往下挖2m依次安裝三角支架、圍楝及水平內(nèi)支撐一繼續(xù)開(kāi)挖至承臺(tái)底下0.5m一碎澆筑至承臺(tái)底(四周預(yù)留集水溝)一抽水和破除樁頭施工一進(jìn)行承臺(tái)施工一回填土至承臺(tái)頂一拆除水平內(nèi)支撐、圍楝、三角撐，拔除鋼板樁。1.3 計(jì)算依據(jù)1 .鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003)2 .公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)3 .建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-2012)4 .深圳市深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范(SJG05-2011)5 .簡(jiǎn)明深

5、基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)6,簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)1.4 計(jì)算參數(shù)及材料選擇1.4.1 計(jì)算參數(shù)1）鋼板樁圍堰土層參數(shù)根據(jù)甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線-溫州靈昆至閣巷段工程第4合同段施工圖設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘探報(bào)告選取。2）根據(jù)浙江省甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州靈昆-閣巷段工程第4標(biāo)段水中承臺(tái)、地系梁承臺(tái)安全專項(xiàng)施工方案，現(xiàn)有38處墩位施工需要鋼板樁圍堰支護(hù)施工，詳見(jiàn)表1-1。1.4.2 材料選擇1）本工程選用拉森樁（SKAP-IV型，日標(biāo)）寬40cm,重74kg/m拉森IV型鋼板樁參數(shù)（見(jiàn)下表1-2）1圖1-1鋼板樁橫斷面尺寸表1-2拉森IV型鋼板樁參數(shù)表型號(hào)有效寬度W1/mm有效高度H1/mm腹板厚度t/mm長(zhǎng)度L/m4

6、00M5540015515.512截面面積A/cm2慣性矩I/cm4截面模量W/cm3理論重量Kg/m303386002037742）圍楝結(jié)構(gòu)采用2HW400400型鋼，轉(zhuǎn)角斜支撐采用2HW400400型鋼，中間主支撐采用2HW400400;表1-3HW400K400型鋼參數(shù)表型號(hào)截面面積A/cm2慣性矩I/cm4截面模量W/cm3理論重量Kg/mHW40cx400219.56690033401723）強(qiáng)度檢算控制指標(biāo)：拉森樁SKAP-IV型鋼板樁強(qiáng)度控制值：6生210MPa；Q235鋼材強(qiáng)度控制值：丹170Mpa；1.5 計(jì)算方法根據(jù)簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)和深圳市深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范，對(duì)于多層支撐板

7、樁墻的簡(jiǎn)化計(jì)算，一般可采用盾恩近似法和等值梁法計(jì)算。1.盾恩近似法*?。ㄈ?IGJt,丁KaH.圖2-1-1盾恩近似法計(jì)算簡(jiǎn)圖假定作用在板樁EF段上的荷載EGNF一半傳至F點(diǎn)上，一半由坑底土壓力承受，由圖所示幾何關(guān)系可得：1,1,2-1HKa（hit）-1（KpKa）t222.等值梁法多支撐支護(hù)下端為彈性嵌固時(shí)，其彎矩圖如圖2-1所示，若在得出此彎矩圖前己知彎矩零點(diǎn)位置，并于彎矩零點(diǎn)處將梁（即樁）斷開(kāi)以簡(jiǎn)支計(jì)算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整梁計(jì)算時(shí)一樣，此斷梁段即稱為整梁該段的等值梁。對(duì)于下端為彈性支撐的單支撐擋墻其凈土壓力零點(diǎn)位置與彎矩零點(diǎn)位置很接近，因此可在壓力零點(diǎn)處將板樁劃開(kāi)作為兩個(gè)

8、相聯(lián)的簡(jiǎn)支梁來(lái)計(jì)算。這種簡(jiǎn)化計(jì)算法就稱為等值梁法。為簡(jiǎn)化計(jì)算，常用土壓力等于零點(diǎn)的位置來(lái)代替正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。計(jì)算土壓力強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動(dòng)土壓力分別乘以修正系數(shù)（為安全起見(jiàn)，對(duì)主動(dòng)土壓力則不予折減）。本文計(jì)算作出如下假設(shè)：1 .假設(shè)計(jì)算時(shí)取1m寬單位寬度鋼板樁2 .因土處于飽和水狀態(tài)，為簡(jiǎn)化計(jì)算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力。3 .彎矩為零的位置約束設(shè)置為較接，故等值梁相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)支梁，方便計(jì)算。土壓力計(jì)算采用不考慮水滲流效應(yīng)的水土分算法，即鋼板樁承受孔隙水壓力、有效主動(dòng)土壓力及有效被動(dòng)土壓力。相關(guān)聲明1、甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線-溫州靈昆至閣巷段工程建設(shè)

9、本身須符合其行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求和相關(guān)建設(shè)程序；4 、本計(jì)算書(shū)中計(jì)算結(jié)果是依據(jù)委托方提供的資料進(jìn)行分析計(jì)算所得；對(duì)所提供基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性或調(diào)整等其他因素造成的變化不承擔(dān)責(zé)任。二、鋼板樁圍堰支護(hù)計(jì)算分析2.1 *81墩鋼板樁支護(hù)驗(yàn)算表2-1-1土層參數(shù)表序號(hào)土層名稱土層頂標(biāo)高土層底標(biāo)高土層厚度容重(kN/m3)內(nèi)摩擦角(0)祜聚力(kPa)1粘土+4.0-0.163.818.2287.22淤泥質(zhì)粘土-0.16-6.766.617.645.3210.73淤泥-6.76-11.761316.262.384淤泥-11.76-19.661016.172.5182.1.1 懸臂端允許最大跨度按照等彎矩布置確

10、定各層支撐的間距，根據(jù)拉森IV型鋼板樁承受的最大彎矩確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度:6fw36210203710h=3丫YKa17.050.791035-=267cm=2.67m實(shí)際懸臂長(zhǎng)度h0<h,滿足要求。2.1.2 鋼板樁最小入土深度t根據(jù)鋼板樁入土的深度，按淺埋板樁墻原理計(jì)算，作用在樁后為主動(dòng)土壓力，作用在樁前為被動(dòng)土壓力，為簡(jiǎn)化計(jì)算，土壓力參數(shù)均采用加權(quán)平均值計(jì)根據(jù)肯朗士壓力理論，主動(dòng)土壓力系數(shù)為：Katan2(45o-),圍堰開(kāi)挖范圍內(nèi)的土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，根據(jù)地勘報(bào)告，為簡(jiǎn)化計(jì)算，土壓力參數(shù)均采用加權(quán)平均值計(jì)算。主動(dòng)土內(nèi)摩擦角取值為6.6°,被動(dòng)土內(nèi)摩擦角取值為5.3

11、°,重度1=17.05kN/m2,粘聚力c=6.6kPa-2o2o530貝UKaKptan(45-)tan(45)0.79。'王動(dòng)土壓力為：Pa1KaH。被動(dòng)土壓力系數(shù)：Kptan2(450-)tan2(45°詈)1.20分別采用盾恩近似法和等值梁法計(jì)算。1.盾恩近似法1 ,1,2-1HKa(hit)-1(KpKa)t22 2即：(KpKa)t2HKatHKahi02(1.200,79)t24.70.79t4.70.793.50解得入土深度t=11.75m故鋼板樁的總長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)=4.7+11.75=16.45m。2.等值梁法1）計(jì)算反彎點(diǎn)位置，即利用鋼板樁上土壓力

12、等于零的點(diǎn)作為反彎點(diǎn)位置,計(jì)算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動(dòng)土壓力強(qiáng)度等于被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，即PpPa主動(dòng)土壓力：Pa1Ka(hy)被動(dòng)土壓力：Pp1KKpyppJKy1Ka(hy)KahaKKpKa0.794.71.21.200.795.71mY(KKp-Ka)式中K-被動(dòng)土壓力修正系數(shù)，取1.2偏安全考慮，主動(dòng)土壓力常數(shù)項(xiàng)忽略不計(jì)。2）根據(jù)等值梁法計(jì)算原理，土壓力零點(diǎn)處的支撐反力與該點(diǎn)以下鋼板樁土壓力對(duì)樁底的力矩平衡，假設(shè)土壓力零點(diǎn)以下鋼板樁零點(diǎn)以下鋼板樁埋深為x,建平衡方程。蓊氏4.而4古決口Qb88.4kN,T1236kN,T2476.4kN由等值梁法可求算鋼板樁的最小入土深度，

13、設(shè)樁的反轉(zhuǎn)點(diǎn)以下x為最小入土深度所在高程，則t0yx,取M0丫（KM儂x26.92m6Qbt05.716,9212.63m故鋼板樁的總長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)=12.63+4.7=17.33m。綜上，建議采用18m鋼板樁。2.1.3基底抗隆起驗(yàn)算在基坑開(kāi)挖時(shí)，由于坑內(nèi)土體挖出后，使地基的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致地基的失穩(wěn)，例如地基的滑坡、坑底隆起及涌砂等。所以在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要驗(yàn)算基坑穩(wěn)定性，必要時(shí)應(yīng)采取一定的防范措施使地基的穩(wěn)定性具有一定的安全度。基坑的穩(wěn)定性驗(yàn)算主要包括邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算、基坑的抗?jié)B流驗(yàn)算、基坑抗承壓水驗(yàn)算和基坑抗隆起驗(yàn)算。本次驗(yàn)算采用Caguot驗(yàn)算基坑穩(wěn)定公式計(jì)算。Cag

14、uot等人認(rèn)為坑底土沿支護(hù)結(jié)構(gòu)底水平面以下的曲線滑動(dòng)，致使基底隆起。如以支護(hù)結(jié)構(gòu)底的水平面為基準(zhǔn)面，非開(kāi)挖側(cè)面上的豎向應(yīng)力q1（ht）q,開(kāi)挖側(cè)面上的豎向應(yīng)力q2t,根據(jù)滑動(dòng)線理論，可推得：（ht）qtKpetg由此可得入土深度t的計(jì)算公式為：thqti/，g式中：t使坑底不隆起失穩(wěn)需要的支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度（m）；丫一-非開(kāi)挖側(cè)土的重度、開(kāi)挖側(cè)基坑底以下土的重度（kN/m3）；h基坑開(kāi)挖深度（m）；q地面均布荷載（kN/m2）,取q=20kN/m2;-基坑地基土內(nèi)摩擦角（°）;Kp被動(dòng)土壓力系數(shù)。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得：t-hqKpetg17.054.72017.051.20etg5.3

15、O17.059.69m板樁的實(shí)際入土深度t0t,滿足要求。2.1.4鋼板樁及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算1）鋼板樁驗(yàn)算假設(shè)板樁的最大彎矩截面在基坑底深度y=5.71m處，求得每延米寬板樁墻的最大彎矩：Mmax340.5kNgm167.2MPaM340.51063W203710鋼板樁強(qiáng)度滿足要求2）圍楝及內(nèi)支撐驗(yàn)算根據(jù)等值梁法，選取最不利工況下，第二層圍楝處支撐反力圖2-2-4圍橡及內(nèi)支撐模型圖T2=476.4kN/m,即為作用在圍楝上的均布荷載，橫向圍楝建模平面如下:得到彎矩圖、應(yīng)力圖如下圖2-2-5彎矩圖圖2-2-6應(yīng)力圖M192.5MPaW故圍楝及內(nèi)撐需采用采用2HW400400,滿足受力要求2.2*5

16、4墩鋼板樁支護(hù)驗(yàn)算水中基坑支護(hù)選取最不利的#54墩進(jìn)行計(jì)算，示意圖如下表2-2-1土層參數(shù)表序號(hào)土層名稱土層頂標(biāo)高土層底標(biāo)高土層厚度容重(kN/m3)內(nèi)摩擦角(0)粘聚力(kPa)1淤泥質(zhì)粘土:-2.49-8.49617.643.310.72淤泥-8.49-21.491317.60.583粘土-21.49-31.491019.72.4182.2.1 懸臂端允許最大跨度按照等彎矩布置確定各層支撐的間距，根據(jù)拉森IV型鋼板樁承受的最大彎3|6210203710510103矩確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度：=295cm=2.95m實(shí)際懸臂長(zhǎng)度h0<h,滿足要求2.2.2 鋼板樁最小入土深度t結(jié)

17、構(gòu)所受的側(cè)面壓力，在河床以上的范圍內(nèi)為靜水壓力，在河床以下至封底混凝土底面以上的范圍內(nèi)為靜水壓力以及主動(dòng)土壓力之和。其中靜水壓力為三角形荷載：PagH1,H1為距離水面的高度；根據(jù)甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線-溫州靈昆至閣巷段工程第4合同段施工圖設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘探報(bào)告來(lái)進(jìn)行計(jì)算:根據(jù)肯朗土壓力理論，主動(dòng)土壓力系數(shù)為：Katan2(45o-),圍堰開(kāi)挖范圍內(nèi)的土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，根據(jù)地勘報(bào)告，內(nèi)摩擦角加權(quán)平均后，取值為3.3°。.2c33°貝iJKatan2(45°33)0.891。'王動(dòng)土壓力為：PaiKaH。士的飽和容重為：117.64KN/m3。33被動(dòng)土壓力系數(shù)：K

18、ptan2(450-)tan2(45°萬(wàn))1.12表2-1#54墩承臺(tái)參數(shù)表墩號(hào)計(jì)算水位圍堰頂系梁頂系梁底河床#54+2.3+3.3-0.2-1.5-1.5分別采用盾恩近似法和等值梁法計(jì)算。1 .盾恩近似法11,2-wH(hit)-1(KpKa)t2 2即：1(KpKa)t2wHtwHh0_2一-一一3 7.64(1.120.891)t103.8t103.81.30解得入土深度t=10.56m故鋼板樁的總長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)=10.56+3.8=14.36m。2.等值梁法1)計(jì)算反彎點(diǎn)位置，即利用鋼板樁上土壓力等于零的點(diǎn)作為反彎點(diǎn)位置，計(jì)算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動(dòng)土壓力強(qiáng)度等于

19、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，即PpPaPw：水壓力：PwwH主動(dòng)土壓力：Pa1Kay被動(dòng)土壓力：Pp1KKpy1'KKpy21Kay2H2y3.44m103217.641.21.1117.640.901式中K-被動(dòng)土壓力修正系數(shù)，取1.2偏安全考慮，主動(dòng)土壓力常數(shù)項(xiàng)忽略不計(jì)。Pp1KKpy17.641.21.113.9592.81kN/m21Ep5Ppy183.30kN_'_-2Pa1Kay17.640.9013.9562.78kN/m2EaPay123.99kN3_1_,Ew1-Pw1h1h272.2kNl1一,Ew2-Pw2h23.2kNM0圖2-2-3等值梁法計(jì)算簡(jiǎn)圖Qb37.3kN

20、,T15.0kN,T245.2kN2）由等值梁法可求算鋼板樁的最小入土深度，設(shè)樁的反轉(zhuǎn)點(diǎn)以下x為最小入土深度所在高程，則t。yx,如樁端為一般的土質(zhì)條件，應(yīng)乘以系數(shù):11.2即：ty(11.2)x,取M0Y(KKpKa)2x65.42Y(KKpKa)6Qbt03.951.25.4310.47m故鋼板樁的總長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)=10.47+3.8=14.27m。綜上，建議采用15m鋼板樁。2.2.3基底抗隆起驗(yàn)算在基坑開(kāi)挖時(shí)，由于坑內(nèi)土體挖出后，使地基的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致地基的失穩(wěn)，例如地基的滑坡、坑底隆起及涌砂等。所以在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要驗(yàn)算基坑穩(wěn)定性，必要時(shí)應(yīng)采取一定的防范措施使地基

21、的穩(wěn)定性具有一定的安全度。本次驗(yàn)算采用Caguot驗(yàn)算基坑穩(wěn)定公式計(jì)算。Caguot等人認(rèn)為坑底土沿支護(hù)結(jié)構(gòu)底水平面以下的曲線滑動(dòng)，致使基底隆起。如以支護(hù)結(jié)構(gòu)底的水平面為基準(zhǔn)面，非開(kāi)挖側(cè)面上的豎向應(yīng)力q1（ht）q,開(kāi)挖側(cè)面上的豎向應(yīng)力q2t,根據(jù)滑動(dòng)線理論，可推得：（ht）qtKpetg由此可得入土深度t的計(jì)算公式為：thqKpetg式中：t使坑底不隆起失穩(wěn)需要的支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度（m）；-非開(kāi)挖側(cè)土的重度、開(kāi)挖側(cè)基坑底以下土的重度（kN/m3）；h基坑開(kāi)挖深度（m）；q地面均布荷載（kN/m2）,取q=20kN/m2;-基坑地基土內(nèi)摩擦角（°）;Kp被動(dòng)土壓力系數(shù)。hq"tgKpe將數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得：1.84m1017.641.11etg3.3017.64板樁的實(shí)際入土深度t0t,滿足要求2.2.4抗管涌驗(yàn)算根據(jù)不發(fā)生管涌條件:式中：j=iw_h+2tYw-土的浮容重,K-抗管涌安全系數(shù)，取K=2.0'=w=17.64-10=7.64kN/mj-最大滲流力（動(dòng)水壓力）i-水頭梯度t-排樁的入土深度h二地下水到坑底的距離計(jì)算得：j=i3.83.8+10.52101.57,Kj=3.14,故滿足要求2.2.5C30水下碎灌注厚度驗(yàn)算根據(jù)計(jì)算建議現(xiàn)場(chǎng)采用15m拉森鋼板樁，