钢板桩计算书钢平台

1、浙江省甬台温高速公路复线 - 温州灵昆至阁巷工程第 3 合同段钢板桩围堰（钢平台）计算书计算： 复核： 审核： 中交第二公路工程局有限公司甬台温高速复线灵昆 - 阁巷段第 3 标段项目部二0六年一月目录一、工程简介 1二、计算依据 1三、结构概况 2四、钢板桩截面特性 4五、地质情况 4六、计算方法 46.2 确定内支撑层数及间距 56.3 本文计算作出如下假设： 5七、施工步骤 6八、各施工工况及内力计算 68.1 工况分析 68.2 钢板桩验算 88.3 拉森钢板桩的最小入土深度计算 178.3 围囹计算 178.4 封底砼厚度计算 248.4.1 围堰整体抗浮验算 248.4.2 封底砼

2、强度验算 258.5 基坑底土抗隆起验算 268.6 基坑底管涌验算 278.7 钢板桩围堰验算结论 28- 可编辑修改 -欧飞1号高架桥钢平台钢平台钢板桩围堰计算书一、工程简介甬台温高速公路复线-灵昆至阁巷工程第3合同段欧飞1号高架桥，里程范围为 K287+ 075K291+125 全长约 4050m大部分水中墩均需要采用拉森桩围堰施工系梁,系梁尺寸为14.82 X 1.90 X1.5m, 14.82 X 1.80 X 1.5m，系梁最低顶标高为-3.9m，底标高为-5.4m，四面临水。 考虑架设钢平台，在钢平台上利用履带吊加振动锺，打入拉森钢板桩桩进行围堰支撑。 拉森桩打设完成后，进行围堰

3、内冲泥挖土，破除桩头、进行系梁立柱施工，详细布置 见下图：Jl b-#4 4 44-44- + l-+1 谢,115,*1F*1 M*二、计算依据钢结构设计规范(GB50017-2003)简明深基坑工程设计施工手册建筑桩基础规范(JGJ94-2008)简明施工计算手册公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)装配式公路钢桥多用途使用手册甬台温高速公路复线温州灵昆至阁巷段工程第3合同两阶段施工图设计(第二册)甬台温高速公路复线温州灵昆至阁巷段工程第 3合同施工图设计阶段工程地质勘察报告；三、结构概况系梁围堰选用拉森SP-W

4、型钢板桩施工，并根据墩位处实际地质情况、钢板桩受 力情况及作业条件选定钢板桩长度 20m设计选取最低系梁顶标高计算模型，插打时 钢板桩顶标高为+2.8m,底标高为-17.2m。详见下图：-可编辑修改-x LTiH4Q0»200Kf1600200 Ht'亠 1943701520一 200 . 1 ：94用I口rj11'.'寓-/x'I'dL2-44nttf-vez U1丄丁皿十 I + TKI 十hr15£Q忖30,-s 2572 Lo u£aJL%! XJH 母 HnIKwlruIElgLP£J0+ Ta ，曰&g

5、t;#«»,09四、钢板桩截面特性拉森钢板桩参数表型号尺寸每块钢板桩壁宽每米有效 幅宽wmm有效 高度hmm厚度tmm截面 积2cm截面 二次 力矩4cm截面 系数3cm单位 净重Kg/m截面积cm7m截面 二次 力矩 cm/m截面系数cm/m单位净重2Kg/cmFSP-n40010010.5610153.08740874120FSP-川40012513.076.42222022360.0191.0168001340150FSP-IV40017015.596.99467036276.1242.5386002270190FSP-乂50020024.3

6、133.807960520105.0267.6630003150210五、地质情况根据岩土工程勘察(详勘)报告成果，查地质柱状图，参考ZK101(k290+826.3)地质情况,从上到下依次为：序号分层代 号岩土名称内摩擦角(°)黏聚力(kPa)重度(KN/m3)层顶标 高层底标 高层厚(m)12淤泥质粉质黏土4.58.017.8-1.7-2.20.522粉质黏土10.612.017.5-2.2-4.72.532淤泥质黏土16.012.018.4-4.7-7.22.542淤泥质黏土3.07.016.7-7.2-9.22.053淤泥质黏土2.26.016.7-9.2-12.23.0综合

7、近似计算参数7.79.117.3为简化计算，将各土层内摩擦角、黏聚力、重度按土层厚度进行加权平均。将内 摩擦角统一定为7.7，重度统一定为17.3KN/m3,黏聚力统一定为9.1KPa。六、计算方法由于钢板桩围堰的入土深度较大， 土体对入土部分的围堰起到了嵌固作用，此时围堰上端受到内撑的支撑作用，下端受到土体的嵌固支承作用。6.1等值梁法计算钢板桩围堰为简化计算，用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置。计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将板桩墙前和墙后的被动土压力分别乘以 修正系数(为安全起见，对主动土压力则不予折减)，钢板桩被动土压力修正系数如 下表：主、被动土压力系数

8、及被动土压力修正系数土层名称KaKp被动土压力修正系数K淤泥质粘土0.760.871.311.141.6Ka =tan2(45 _3)=tan2(45 -乎)=0.762 Q ®2 C 7 7Kp 二 tan (45) = tan (45) =1.312 26.2确定内支撑层数及间距按等弯距布置确定各层支撑的间距，这种布置是将支撑布置成使板桩各跨度的最大弯距相等，充分发挥钢板桩的抗弯强度，可使钢板桩材料用量最省。根据工程实际 情况，钢板桩采用拉森W型钢板桩，厚15.5mm拉森钢板桩桩长L=20m其基本参数:A=242.5cm,w=2270cm,l=38600cm4,允许应力 R 】=

9、210MPa，t 】=125MPa。钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:3 6fw h=rka=3：6x210x105x2270=17.3 103 0.76=280cmh1=1.11h=1.11*2.8=3.08mh2=0.88h=0.88*2.8=2.46mh3=0.77h=0.77*2.8=2.16m结合实际施工情况，支撑设计见钢板桩围堰布置图。6.3本文计算作出如下假设：(1) 假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。(2) 因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力(c=0)(3) 弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。(4)

10、 假设钢板桩在封底砼面以下1m处固结。(5) 本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土合算法，即在计算土压力时-可编辑修改-将水位以下的土体重度取为饱和重度，水压力的计算不在单独计算后叠加。七、施工步骤(1) 在靠近系梁侧定位桩上焊接牛腿，安装插打导向架；(2) 插打钢板桩至合拢；(3) 围堰内抽水至1.3m,在标高+1.75m处安装第一道内支撑； 围堰内抽水至-1.45m，在标高-1.0m处安装第二道内支撑； 围堰内抽水吸泥至-3.75m，在标高-3.3m处安装第三道内支撑；(5) 吸泥并浇筑封底砼；(6) 待砼达到设计强度后，凿桩头，施工系梁；八、各施工工况及内力计算8.1 工况分析 围

11、堰施工时，按上层支架已经安装，并抽水或者(吸泥)至待安装支撑底标高下45cm处，计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。 根据施工工序，分为 3个工况。 工况一：第一道支撑安装好以后，抽水至 -1.45m 标高时。 工况二：第二道支撑安装好以后，抽水吸泥至 -3.75m 标高时。 工况三：第三道支撑安装好以后，吸泥至 -6.4m 标高时。工况图示如下：- 可编辑修改 -密DDDZOOOF1工况三8.2钢板桩验算工况1:第一道内支撑安装后，抽水至-1.45时，第一层内支撑受力处于最不利 状态。(1)计算反弯点位置。假设计算其离基坑底面的距离 y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土

12、压力强度，即Pp二Pa :主动土压力：Pa二w3.75Ka Ka y被动土压力：Pp二w0.25Kp KKpyw 0.25 Kp KK py 二 w 3.75 心 心 yw 3.75 © - w 0.25 Kpy 二Y(KKp-Ka)=1.09m17.3 (1.6 1.31-0.76)10 3.75 0.76 -10 0.25 1.31所以，梁的计算长度取值为2.8-(-1.7 ) +1.09=5.59m作用在钢板桩处的主动土压力和静水压力：Pa (2.3) =0巳(1.75)八wh =10 0.55 =5.5kN /m2Pa(-1.45) = wh =10 3.75 =37.5kN

13、/m22Pa(-1.7) = wh =10 3.75 =37.5kN/m (河水底面)巳(一1,7)= w 3.75 Ka - w 0.25 Kp=10 3.75 0.7610 0.25 1.31 = 25.2kN/m2(河床下土层顶部)OO 讥(2)计算结果计算模型：¥甘1£哑冃口唄mJ.阳 adum毗Z-可编辑修改-10.50023(3丿3.20(4丿450.25(5丿1.09工况1 1m宽度范围钢板桩有限元模型6工况1 1m宽度范围钢板桩弯矩图Mmax=67.35KN.mx工况1 1m宽度范围钢板桩剪力图 Qmax=54.23(kN)x由上图可知，钢板桩最大的弯矩为6

14、7.35kN.m，作用于第一道内支撑的反力为45.89kN。3SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm容许应力210MPa"-'maxmax67.35KN m2270cm3=29.67MPa :卜 I - 210MPaQmax2 = 2.24MPa.心 125MPa242.5cm工况2:第二道内支撑安装后，水下吸泥、清淤至-3.75m。假设计算其离基坑底 面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即P Pa :主动土压力：Pa 二 w 4.0 © Ka ( 2.05 y)被动土压力：Pp 二 KKpyKKpy 二 Ka (2.05 y) w 4.0

15、KaKa 2.05 w 4.0 KaY(KKp Ka)17.3 0.76 2.0510 4.0 0.76 o “=2.48m17.3 (1.6 1.31-0.76)所以，梁的计算长度取值为 2.8- (-3.75)+2.48=9.03m作用在钢板桩处的主动土压力和静水压力：Pa(2.3) =0巳(1.75) = “wh =10 0.55 =5.5kN /m2Pa(T,7) z'wh =10 4 =40kN/m2 (河水底面)Pa(T,7) = whka =10 4 0.76 =30.4kN/m2 (河床下土层顶部)Pa(3.75) = whk；Ka 2.05 =10 4 0.76 17

16、.3 0.76 2.05 = 57.4kN / m2工况二钢翩荷載示意團(2)计算结果计算模型：iiwuiiininuiuuiniuuiiiHowY0.500.55(3J2.75XV4)(5)0.702.05(6T2.48工况2 1m宽度范围钢板桩有限元模型09.25工况2 1m宽度范围钢板桩弯矩图Mmax=-99.25KN.m工况2 1m宽度范围钢板桩剪力图 Qmax=192.53(kN)由上图可知，钢板桩最大的弯矩为-99.25kN.m，作用于第一道内支撑的反力为-14.31kN,作用于第二道内支撑的反力为192.53kN。SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm容许应力210MPa-ma

17、xmax99.25KN m2270cm3= 43.7MPa ：10MPaQmax1425cm-=7'94MPl=125MPa工况3:第三道内支撑安装后，水下吸泥、清淤至-6.4m。假设计算其离基坑底面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即p Pa:主动土压力：Pa = w 4.0 Ka Ka (4.7 y)被动土压力：Pp = w 2.65 Kp KKpyw 2.65 Kp KKpyNw 4.0 Ka Ka (4.7y)Ka 4.7 w 4.0 Ka - w 2.65 Kp y =Y(KKp-©)17.3 0.76 4.7 10 4.0 0.76 -10

18、2.65 1.31“y=2.49m17.3x(1.6x1.310.76)所以，梁的计算长度取值为 2.8- (-6.4 ) +2.49=11.69m作用在钢板桩处的主动土压力和静水压力：Pa (2.3) =0巳(1.75) iwh =10 0.55 =5.5kN/m2Pa(-1.7) = wh=10 4 =40kN/m2 (河水底面)Pa(-1.7)= whka =10 4 0.76 =30.4kN/m2 (河床下土层顶部)Pa(-3.75) = whkaKa 2.05 =10 4 0.76 17.3 0.76 2.05 = 57.35kN / m2Pa(-6.4) h；，whka Ka 4.

19、7- w 2.65=10 4 0.76 17.3 0.76 4.7 -10 2.65 = 65.7kN / m2Pa(-6.4) "whkaKa 4.7- w 2.65 Kp =10 4 0.76 17.3 0.76 4.7 -10 2.65 1.31= 57.48kN / m2noo荷载示意图(3)计算结果计算模型：v vtiillill III uIII llll imJIIv Illi itvv(1 )0.500询mW(3 )2.75(4 )( 5 )0.701.60(7 )2.65(8 )2.49工况3 1m宽度范围钢板桩有限元模型156.37工况3 1m宽度范围钢板桩剪力图

20、 Qmax=305.73(kN)由上图可知，钢板桩最大的弯矩为-156.37kN.m，作用于第一道内支撑的反力为 26.81kN,作用于第二道内支撑的反力为-4.01kN,作用于第三道内支撑的反力为305.73kN。SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm容许应力210MPamaxmax156.37KN m2270cm3= 68.89MPaI - 210MPaQmaxA=12.61MPa ： !. I -125MPa242.5cm钢板桩内力、应力及内支撑支撑反力表计算工况钢板桩弯曲应力(MPa)钢板桩剪应力(MPa)钢板桩最大弯矩(kN M)第一道内支撑反力(kN)第二道内支撑反力(kN)第三

21、道内支撑反力(kN)工况一29.672.2467.3545.89-工况二43.77.94-99.25-14.31192.53-工况三68.8912.61-156.3726.81-4.01305.73钢板桩应力满足规范要求。8.3拉森钢板桩的最小入土深度计算设拉森钢板桩的最小入土深度为t，则t=y+x。x可根据Ro和墙前被动土压力R0x Jr(KK2KaX对板桩底端的力矩相等求得，即x_£(KKp _Ka)=4.44m675.9917.3 (1.6 1.31-0.76)拉森钢板桩实际入土深度为t。=(1.1 1.2)t，取 t0=1.2t t0 =1.2 (4.44 - 4.7) =1

22、0.97m因此拉森钢板桩的长度L=2.8- (-6.4)+10.97=19.37,施工时选取拉森钢板桩的长度取20m8.3围囹计算由上表可知，第一道围囹最大支撑反力为 45.89KN，第二道围囹最大支撑反力为 192.53KN,第三道围囹最大支撑反力为305.73KN.由于支撑结构类型一样，材质型号 一样，故只验算第三道内围囹。利用Midas Civil建立有限元模型，如图，在钢板桩与圈梁相交处下方焊接牛腿 设置竖向约束。将圈梁及内支撑看做四角加有固定铰支座的整体平面刚架结构。-305.7305.7-307a7-305.7305.7305.7305 .7-305.7305 705.7弧7305

23、.7305.7305.7-305.7-305.7'305.7305.7305.7305.7-可编辑修改第三道围囹空间有限元模型丑hi 口囲屈mWW-V.33.4B7B7»*Oa2 1JS37 La-«>-aa2 2_ZL!l55*-«0a2孚-51甜7卄他 勺_诡白&&卄白白d -9.312317«*«T.SDE4dgJ!-2.DEX73IH-CCL3>3B7V7k*Q4Q5T- tfSE：F；NAx " & MIN e +7iSisewB*to Mnn吐 L-D口口圈梁组合弯矩图 Mmax

24、=348.8KN.mJT.t'-V-s5.CSM1V«-Da2仆一TrrFkIEEETTTi3.IZH12B4-" UU2Sii*i82*+Wi-.S4£A5r«-W2 心.髯Js599JS*+WI'S.ss«ik*mNA - !KIN =47*to kM 三斗I Q3/2RED1?IkFZTNZ: L-D口U-可编辑修改-圈梁组合剪力图Qmax=565.6KNPC=aTPZ：E£2 DEHKPI&O 的鼻DEK-bJF" Si.&aoe-oKM- NODE-BY-CURv 2.Z32E-O0

25、3NODE- 17Z-DDIhi O.DKK-r NODE1COHH-a LZ32E-GOJNOOC. 17An-津.3：j翼 4992sir HEE医町HAx i?MJH s 1X-Ml SBVflJLE mZ: L-D口口圈梁组合变形位移值fmax=0.002m<L/250=0.015m,满足要求。1.91HD!)*> DD2 ：L冲尹Tim? M7狂卄则i S.JlS5-J*tllil gjgTOOO -4.9fiS07r«-WH*.x 1 HIM e J*& kMYL-0I.CL3-可编辑修改圈梁轴力Pmax=294.9KN圈梁组合应力图c max=74.

26、0MPa： 210MPa，满足要求ST.4.945B4«DQ1 3_34724!r> ! i-MaaiDai. i*fM3卄的i 乩血肺旷血-.34Sa2r«-«i -2.2Wi3hO0>9 -S4<+fr+W3 .MC4hr+g 细晦4«6*+知NAc *iKIN =47xwi 5EnflItFZTF圈梁剪应力图.ma=49.5MPa： !. l-125MPa，满足要求MIDA'CbvJPry£T-l>ft：jCE55L6d*H OL*&fo6|MaF=1亦9»0«寸1 口 c7ac

27、iB*-oaa 5_ZLM7*«D du 3_73F7$4-*-OQO 2-23564+000 U幻Mj QjHQON+OQO -2.2334*«+&Mi T.7ZE7<*gO 521砂 *+OM <G.7aG3fi»-!-COQ 心19&E申片曲st.WAX - 3*HIM =33XWi 5cHflMnn三创g立打2D 口XL-0I.EL3Zi 9.5DDTH斜撑、平撑组合弯矩图 Mmax=8.2KN.mMHDA£,'CmJDr：yST.I>B<iCE55i>4.aaHaa«-cij3-3

28、735 S«-43D1-.3ourB-aaL-2.279 9 3B-QaLSUTWMi.-4.aDDMi-QaLQQ LH*s -33HIM = 34XMi 5cHfl *& kMH冠：T.0i.E13Z: O.SDD-可编辑修改斜撑、平撑组合剪力图Qmax=0.5KN斜撑、平撑组合变形位移值fmax=0.001m<L/250=0.013m,满足要求。-可编辑修改囂囂需當MAX a 33HIM =45XWi 5Enfl*& kM 三味i dazEMMi?IbpfWl-0i.G.L3Z= O.SDD斜撑、平撑轴力 P=1618.8KNHEDAQaNPT£

29、ROCESSW&EAH STRESS工机4t丁.OCU 打-S.»75w+M3S.5KM41B-rDO3-0.23ZPDEJ-OO3弘 <3S+S*81-V.KBOliH-OOa-7.43S»«TiMi3.M;-玄孰注咖卫TFSlsSMS7MAXI 33MIN £+5M* 壬" 匕N/mma21*旧尼刃2DiJ斜撑、平撑组合应力图c max=98.8MPa： 210MPa，满足要求-可编辑修改-PTPROCESSW&Eam STRESS2/6252*002 Lv-4«3a硕-4.4D7E7«-aD3.&

30、#187;：- 7.E?25frQ0INMMJEPftZST #WE!BS3E-T2HAx - !S3 mN : M dkn N/mrrP2 三*阳疙刃EDiJ Sfc:斜撑、平撑剪应力图.max =0.1MPa125MPa，满足要求。833结论第一、二、三道内撑圈梁和支撑的应力、强度、稳定性满足要求。8.4封底砼厚度计算8.4.1围堰整体抗浮验算封底砼采用C25,施工厚度为1m围堰尺寸：15.2mX 5.6m, 3个桩直径1.8m, 基底净面积77.49m2。C25混凝土设计值ftd=1.27MPa考虑为施工阶段混凝土的允许弯拉应力取1.5倍安全系数，则c =0.85(MPa),钢与混凝土粘

31、结力：一般取 100-200kN/m2，这里取120 kN/m2;混凝土容重：23kN/mi;封底混凝土所受浮力：F浮=1.0 9.877.49 8.7 =6606.80KN抗浮力：封底混凝土自重 G=231 77.49=1782.27KN混凝土与钢板桩之间摩擦力钢板桩内周长I （15.2 5.6） 2 1.689 = 70.26m（每延米拉森桩，与砼接触面长度1.689m）f =120 70.26 1-8431.2KN桩基与封底混凝土摩阻力 F =120 1二1.8 3-2035.75KN-1.851.05满足要求。1782.27 8431.22035.756606.808.4.2封底砼强度

32、验算主墩承台钢板桩围堰基坑底的封底砼厚度不仅需要满足围堰抗浮稳定要求，还需满足素砼的强度要求，水下封底采用C25砼。封底砼厚度计算（根据简明施工计算手册）：水下封底砼承受的荷载应按施工中最不利的情况考虑，即在围堰封底以后，围堰内的水被排干，封底素混凝土将受到可能产生的向上最大水压力的作用，通常以此荷载（即地下水头浮力减去封底混凝土的重力）作为计算值。由于水下封底混凝土质量较 普通混凝土差，并与各桩基连成一个整体，应按简支支承的双向板计算，承受均布荷 载时，跨中弯矩M、M可按下式计算：2 2M1 二 plM 2 二 a? pl 2式中a1、a2 弯矩系数，查简明施工计算手册中双向板在均布荷载作用

33、下 内力系数表；p -地下水头浮力减去封底混凝土的重力形成的荷载 （KN/mi）I1 矩形板的计算跨度（取最小跨）（m） 0取两根桩基中间3.7mX 5.6m板计算。p = whw - chc =10 8.7 -23 1 =64KN /m2l13.7l25.6= 0.66查表得,a1=0.0737,a2=0.0276。2 2M1=a1ph =0.073764 3.7 =64.57 KN mM2 =a2pl； =0.0276 64 3.72 =24.18KN mmax5.6 1263=0.933mmax64.57KN m0.933m3二 0.69MPa :L- I - 0.85MPa满足要求8.5基坑底土抗隆起验算在工况三下围堰内清淤至-6.4m时，须验算坑底的承载力，如承载力不足，将导致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起计算参照 Prandtl （普朗德尔）和Terzaghi （太沙基）的地基 承载力公式，并将桩墙底面的平面作为极限承载力的基准面，承载力安全系数的验算公式如下:KsNc C Nq t(h t) q1.11.2式中N、N -按 Prandtl 公式时，Nq =