深基坑钢板桩计算书

新建京张高铁7标深基坑钢板桩计算书一、工程概况新建铁路北京至张家口铁路工程JZSG-7标段，其中桥梁有特大、大中桥5座，全长1.76km（含全部桥面系，不含预制简支箱梁的预制架设及支座工程），公路框架中桥1座，框架小桥3座，涵洞6座。1、下花园北大桥，中心里程DK139+045.33，桥跨布置：9-31.5m简支梁、（32.6+4×32.7m+32.6m）连续梁，桥全长505.06m。本桥承台16个，其中张家口台承台基坑开挖深度超过5m，地层主要为新黄土；按设计要求1#、2#墩基础位于冲沟边上，承台基坑开挖时根据需要采用钢板桩防护。桥名编号地面实测高程（m）承台底高程（m）高差（m）备注下花园北大桥1#599.719595.8013.917下花园北大桥2#601.724596.7684.956下花园北大桥张台607.164601.5005.664　2、戴家营大桥，中心里程：DK139+930.010，桥跨布置：11-31.5m简支梁，桥全长374.20m。本桥承台11个，扩大基础1个。本桥除4#、5#、张家口台外，其余承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土。桥名编号地面实测高程（m）承台底高程（m）高差（m）备注京台610.234605.0465.188　戴家营大桥1#603.259597.4365.823　2#598.585593.4985.087　3#587.792582.1145.678扩大基础4#584.789580.2844.505　5#587.792585.0062.786　6#594.172588.2835.889　7#597.824592.1125.712　8#605.518600.4965.022　9#606.378600.9325.446　10#608.303602.4235.880　张台608.291605.2083.083　3、戴家营北大桥，中心里程：DK140+616.830，桥跨布置：1-31.5m简支梁+2-23.5m简支梁+2-31.5m简支梁，桥全长162.06m。本桥承台6个，除4#承台外，其余承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土。桥名编号地面实测高程（m）承台底高程（m）高差（m）备注戴家营北京台623.931618.1315.800　1#621.755616.0135.742　2#622.068616.6285.440　3#615.344609.4425.601　大桥4#沟底600.620607.2560.563　张台625.106619.1665.940　4、戴家营北特大桥，中心里程：DK141+846.15，桥跨布置：16-31.5m简支梁，桥全长537.70m。本桥承台17个，其中1#、2#、3#、8#、9#、10#、14#、15#承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土；按设计要求11#、12#墩基础位于道路处，承台基坑开挖时采用钢板桩防护。桥名编号地面实测高程（m）承台底高程（m）高差（m）备注戴家营北特大桥京台638.276634.8963.380　1#628.917623.4025.515　2#619.5666145.5663#623.253617.5985.655　4#622.271617.6964.575　5#620.240616.7943.446　6#624.978620.8924.086　7#627.751622.994.761　8#632.733627.0885.645　9#640.826635.1875.639　10#639.081633.2855.796　11#632.269627.3834.886　12#630.597626.4814.116　13#630.839626.5794.260　14#631.321625.6775.644　15#634.839629.7755.064　张台639.955635.5094.446　5、董家庄大桥，中心里程DK144+005.80，桥跨布置：5-31.5m简支梁，桥全长178m。本桥承台6个，其中1#、2#、3#、张台承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土；按设计要求1#、2#墩位于沥青路处，承台基坑开挖时采用钢板桩防护。桥名编号地面实测高程（m）承台底高程（m）高差（m）备注董家庄大桥京台647.4734642.9144.559　1#639.56633.426.14　2#637.761632.5185.243　3#639.421634.1165.305　4#641.312637.2154.097　张台655.342644.4485.894　二、地质特点线路地质主要为新黄土、粉质粘土、粉砂、细角砾土、卵石土、粗角砾土、弱风化砂岩、杂填土、新黄土、粉质粘土、粉砂，下伏基岩主要为凝灰岩、弱风化砂岩、全～强风化凝灰岩。特殊岩土为湿陷性黄土，主要分布于宣化盆地二级以上阶地或山前倾斜平原区、部分丘陵区及坡麓地带，为非自重湿陷性黄土，湿陷等级一般为Ⅰ～Ⅱ级，局部可达Ⅲ～Ⅳ级。局部地区分布的侏罗系泥质粉砂岩、泥岩、凝灰岩中部分夹层具有中等膨胀性。三、钢板桩计算根据当地地质条件查知基坑内外均为粉质粘土，天然容重加权平均值γ=18KN/m³，内摩擦角加权平均值为ψ=20°，粘聚力加权平均值C=10Kpa，取最大开挖高度6.14m验算，基坑开挖对钢板桩稳定性要求最高的断面如下图。图一钢板桩断面图图二钢板桩稳定性验算布置示意图四、作用于板桩上的土压力强度及压力分布因钢板桩表面竖直、平滑，墙后填土面水平，符合朗肯土压力条件，故：Ka=tan2（45°-ψ/2）=tan2（45°-20/2）=0.490式中：Ka——主动土压力系数ψ——土体内摩擦角表面土压力强度为：δa=qKa-2c√Ka=-2*18*√0.49=-25.20Kpa式中：δa——表面土压力强度q——土体表层均布荷载，因土体表层无均布荷载，故q=0Ka——主动土压力系数C——土体粘聚力基坑开挖前必须进行降水作业，土方施工在干燥基底进行，故δb=γhKa-2c√Ka=18*6.14*0.49-2*18*√0.49=28.95Kpa式中：δb——底层土压力强度r——天然容重Ka——主动土压力系数C——土体粘聚力h——开挖高度压力分布图见下图五、计算反弯点位置假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，假定其位于开挖点以下y处，则有Ka=tan2（45°-ψ/2）=tan2（45°-20/2）=0.490Kx=tan2（45°+ψ/2）=tan2（45°+20/2）=3.26rKxy=rKa（h+y）y=rKah/（rKx-rKa）=18*0.49*6.14/（18*3.26-18*0.49）=0.967m式中：y——基坑底部至钢板桩上土压力零点位置r——天然容重Ka——主动土压力系数h——开挖高度Kx——放大后的被动土压力系数由以上结果知，钢板桩上受力零点位置至基坑表面距离为0.967m，钢结构受力简图如下六、桩体的最大弯矩由上图可知，最大土压力Q为Q=28.98*3.28/2-25.2*2.86/2=11.49KN/m最大弯矩处距钢板桩插入地基处为x，则x=（h-z）/3=3.28/3=1.093m由∑Mi=0可知，最大弯矩Mmax为Mmax=0.5*28.98*0.967*（1.093+0.967）+0.5*0.967*28.98*0.967*2/3=37.897（KN*m)故最大土压力Q为11.49KN/m，最大弯矩Mmax为37.897（KN*m)七、钢板桩的最小入土深度由等值梁法可求算钢板桩的最小入土深度，设桩反弯点以下z1为最小入土深度所在位置，故t1=z1+y。因桩端部所在地址仍为粉质粘土，故取1.0~1.2系数，t=（1.0~1.2）t1取∑MQ=O，则Qx=1/6【Kxr（z1+y）-Kar（h+z1+y）】z12可得z1=√6Q/(Kxr-Kar)=√6*11.49/(18*3.26-18*0.49)=1.171m则t=1.05*（1.171+0.967）=2.245m式中：Q——最大土压力r——天然容重Ka——主动土压力系数Kx——放大后的被动土压力系数z1——最小入土深度所在反转点以下的高度t1——计算所得的最小入土深度t——实际最小入土深度八、钢板桩选型钢板桩采用U型钢板桩，选取型号为SP-Ⅳ拉森钢板桩作为本项目钢板桩，W=4670cm4，取折减系数β为0.7，则δmax=Mmax/βW=37.897*105/(0.7*4670)=16Mpa【f】=200Mpa式中：δmax——桩身最大应力Mmax——钢板桩最大弯矩β——钢板桩截面抵抗矩的折减系数W——钢板桩截面抵抗矩【f】——钢板桩抗折强度由于桩身所受应力小于钢板桩抗折强度，故SP-Ⅳ拉森钢板满足要求。九、钢板桩稳定性验算根据实际情况，需要对基底隆起安全系数进行验算，以结构层底面作为求极限承载力的基准面，故K=（rNQ+cNc）/【r（h+t）+q】式中：r——天然容重c——桩底处地基土粘聚力q——坑外地面荷载h——基坑开挖深度t——钢板入土深度Nc、Nq——地基承载力系数ψ——土体内摩擦角K——抗隆起安全系数Nq=eπtgψtg2（45+ψ/2）Nc=（Nq-1）/tgψ则Nq=eπtg20tg2（45+20/2）=6.399Nc=（6.399-1）/tg20=14.834K=（rNQ+cNc）/【r（h+t）+q】=（18*6.399+10*14.834）/18*（6.14+2.245）+0=1.741.7根据设计规范要求，地板抗隆起安全系数为1.7，本项目经计算后为1.8，满足规范要求且满足钢板桩稳定性要求。由以上计算可知，本项目两侧钢板桩入土深度大于2.245m时，满足基坑稳定性要求，则最小桩长Lmin=6.14+2.245=8.385m，因计算时采用断面为标段钢板桩施工时最高断面，故全线采用L=10m钢板桩能够满足施工要求。十、注意事项为确保钢板桩围堰结构稳定。设置内支撑及角撑，内支撑设置在板桩墙顶以下1.0m处，在钢板桩内壁上焊围护托架，然后吊装H型钢围檩并焊接加固。采用2I36b工字钢，钢板桩顶以下1.0m处,连成整体，以共同抵抗水平推力和移位。采用[20槽钢设置角撑。同时在基坑钢板桩一侧设置深度2m左右一级马道，降低钢板桩的净高度，增加钢板桩的埋深，减少本后土压力，进一步提高支护安全性，以满足整体支撑和稳定要求。