大桥主墩承台基坑支护计算书

1、XX 高速公路第一合同段XX 大桥Pm5、Pm6 主墩承台基坑支护XX 高速公路第 合同段项目部20 年 月XX大桥Pm5、Pm6主墩承台基坑支护计算书1 Pm5#、Pm6#主墩承台支护设计概述围堰主墩5#、6#采取钢板桩围堰作为承台开挖支护形式。5#、6#主墩承台尺寸为7.0x11.8x2.5m,承台顶面标高-0.9m，承台底面标高 为-3.4m。承台底部设50cm厚封底混凝土，封底混凝土底面标高为-3.9。XX主 墩位置靠近岸边，因此采用填土筑岛形成主墩的施工作业场地， 在进行承台施工 时，将原筑岛顶面在承台施工区域挖低至 +3.0 m，钢板桩顶面标高即设为+3.0m。钢板桩采用FSP-I

2、V型，长度12m，桩顶标高设为+3.0m，桩底标高为-9.0m。 5#、6#主墩基坑围堰内均设置1道内支撑，设置标高为+0.0m。最高水位取+2.5m。2计算依据2.1公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011；2.2公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86；2.3建筑基坑支护技术规程 JGJ120-99；2.4钢结构设计规范 GB50017-20033主要构件计算参数3.1 I45b工字钢截面积A =111.4cm2；每米重量87.45kg/m ；截面特性：lx =33759cm4； Wx =1500.4cm3； Sx =887.1cm',d=13.5mm。上述型钢材料

3、均采用Q235弹性模量E=206"03MPa其强度设计值为:抗拉、抗压和抗弯f = 215N / mm2 ；抗剪 fv =125N / mm2。3.2钢板桩采用FSP-IV型钢板桩，其截面模量 W=2270cm3/m允许应力取170MPa4主要荷载取值4.1 土压力按地质报告提供的各土层土力参数计算。4.2荷载分项系数结构自重及土压力荷载分项系数均取 1.2。5、Pm5、Pm6#主墩承台基坑钢板桩围堰计算5.1、钢板桩计算5.1.1计算工况及计算方法钢板桩计算共分为3个工况：工况1:将基坑筑岛面开挖至桩顶以下 3m( +0.0m),按悬臂状态计算钢板桩 受力；此工况采用静力平衡法进行

4、钢板桩围堰受力计算。工况2:安装第一道支撑，承台基坑开挖至桩顶以下 6.9m，按单支点计算钢 板桩受力；此工况采用等值梁法进行钢板桩围堰受力计算。工况3:浇筑圭寸底混凝土，进行承台施工，待承台施工完毕后，回填基坑至 承台顶面，拆除内支撑系统，按照悬臂状态计算钢板桩受力。 此工况采用静力平 衡法进行钢板桩围堰受力计算。5.1.2计算参数及土压力分布5.1.2.1 筑岛土采用黏土，内摩擦角，=10，粘聚力c=13.8kPa，* =18kN/m3; “J8kN/m3 ；2 。 2 。®Ka =tg (45 -)=0.704; KP =tg (45) =1.42。2 2墙前被动土压力增大系数

5、 K=1.2.土压力按照水土合算进行计算。5.122 钢板桩顶标高+3.5m；计算水位取+2.5m。5.123 该处河床面标高为-1.0m，河床以下为中砂，内摩擦角=35',= 18kN/m3; =8kN/m3 ； Ka 二tg2(45) = 0.271;Kp =tg2(45) = 3.69。2 2土压力按水土分算进行计算。墙前被动土压力增大系数K=2.0.5.1.2.4水土侧压力强度计算如下：工况1：围堰外侧水土压力(主动)：e.0 = -23.2kPa;e.1.17 =0kPa;e电0 =3*18*0.704 -2*13.8* J0.704 =14.85kPa;e.0+ = 4*1

6、8*0.704 23.2 = 27.5kPa;e.0_= (18*0.5 +3.5*8)*0.271 +3.5*10 =45kPa;e.9 =(18*0.5 +6.4*8)*0.271 +6.4*10 =80kPa.围堰内侧土压力(被动)：e电0 =2*13.8* J1.42*1.2 =36kPa;e . = 18*1.42*1.2 +36 =66.7kPa;e.0_ = 8*3.69*2+10*1 =69kPa;(2) 工况2：围堰外侧水土压力(主动)：e 书.0 = 23.2kPa;eq.17 =0kPa;e七0 =3*18*0.704 -2*13.8*(0.704 =14.85kPa;=

7、 4*18*0.704 23.2 = 27.5kPa;e.o_ = (18*0.5 +3.5*8)*0.271 +3.5*10 =45kPa;e：.9 =(18*0.5 +6.4*8)*0.271 +6.4*10 =80kPa.围堰内侧土压力(被动土压力)：e$9 = 0kPa;e.o =8*5.1*3.69*2 +5.1*10 =352kPa;(3) 工况 3：围堰外侧水土压力(主动)：e*=-23.2kPa;e i.i7 =OkPa;e书.0 =3*18*0.704 2*13.8* Jo.704 = 14.85kPa;e.0+ = 4*18*0.704 23.2 = 27.5kPa;5.1

8、.3工况1钢板桩计算(静力平衡法)(1) 悬臂式支护结构嵌固深度设计值 0应满足下式:hpi Epj -1.2 °ha Eai _0 (规范 4.1.1-1 式)将相关数据代入上式得：36*1*8.5+( 66.7-36 ) *0.5*1*( 8+1/3) +69*8*4+ ( 621.3-69 )*0.5*8*8/3-1.2*1.0*27.5*0.5*2.17*( 2.17/3+8 ) +45*8*4+ ( 142-45)*0.5*8*8/3=8533-1.2*2513=55170,满足上式，说明钢板桩的嵌固深度满足规范要求。(2) 求钢板桩剪力为零的位置设剪力零点在+0.00下x

9、，则有：36*x+0.5*30.7*x=14.85*0.5*1.17+14.85*x+12.65*0.5*x得 x=0.287m。(3) 计算最大弯矩Mmax=0.5*18.48*1.457*1.457/3-36*0.287*0.5*0.287-8.81*0.287*0.287/ 3=4.81kN.m。(4) 钢板桩强度验算-max_Mmax_ -W=4.81x1000/ (0.7x2037 ) =3.37MPa<f=170MPa上式中1为钢板桩截面模量折减系数，取 0.7 ;钢板桩截面模量 W=2037cm 满足要求。5.1.4工况2钢板桩计算(等值梁法)5.1.4.1 反弯点位置计算

10、将作用于钢板桩上土压力强度等于零的点作为反弯点位置，计算其离基坑开 挖面的距离y。分工况进行计算e_3.9外-e_3.9内(KKp-Ka)808 (3.69 2-0.271)=1.41m5.1.4.2最大弯矩M max和支点反力T,和Pd的计算取板宽1m按简支梁进行计算，分工况进行，各工况计算简图如下:14.8527.5080 00工况2:M max =207.5kN mT =131kN;巳=136kN。取钢板桩所受最大弯矩进行强度检算:二 maxmaxW=207.5x1000/ (0.7x2270) =130.6MPa<f=170MPa上式中1为钢板桩截面模量折减系数，取 0.7 ;钢

11、板桩截面模量 W=2270cm5.1.4.3 钢板桩最小入土深度工况2最不利，因此仅对工况2进行钢板桩桩最小入土深度进行检算to = y xx根据Fd和墙前被动土压力对板桩底端的力矩相等的原理求得，即：1 3Fd -x(KKpKa)x6 将 Fd=136kN代 入上式，得：x = 3.7m贝U t0 = y x=1.4+3.7=5.1m。主墩钢板桩围堰入土深度为5.1m，基本满足计算要求。5.1.5工况3钢板桩计算(静力平衡法)(1)计算最大弯矩(2)钢板桩强度验算maxmax-W=21.58x1000/ (0.7x2037) =13.5MPa<f=170MPa上式中1为钢板桩截面模量折

12、减系数，取 0.7 ;钢板桩截面模量 W=2037cm满足要求5.2、围堰内支撑计算5.2.1围堰第一层内支撑计算钢板桩围堰腰梁及内支撑杆均采用 2145b，其最大受力为131kN/m,乘以1.2的荷载系数后为：157kN/m5.2.1.1 受力简图其计算简图如下：157.2015.2015.20157.20157.2015.20521.2荷载分析根据前述计算，钢板桩腰梁最大受力为131kN/m乘以1.2的荷载系数后为P=1.2*131= 157.2kN/m。5.2.1.3 内力计算弯矩图：20 >6S(1时KU)21 >Xi.wJTTTTm Q.(5)町7茁电頤势廖* ：；铲 叫

13、A飞規2«59剪力图:JL轴力图:J1町102.20I)W-241.50:;:递;蓝 EfajiT30£.*l廿丁口卫卜厂£EIi-)-308 2'-.CG Qj.47:?广4 rr _A. l.l-ti 1 FV 气、482忑企fflTMWfi -飞盘-4S2.J2fi '.445.2.1.4 腰梁计算腰梁所受最大弯矩值 Mmax=2666N m ；最大剪力值 Qmax=308.7kN轴力Nmax=703.4kN（压力）。腰梁为2145b工字钢，2*l45b计算参数如下:截面积 A =2*111.4cm 2；每米重量 2*87.45kg/m ；截

14、面特性：lx =2*33759cm 4； Wx =2*1500.4cm 3； Sx =2*887.1cm 3,d=2*13.5mm。 强度计算：N =31.6MPa ： f =215MPa，满足AM 98.8MPa ： f =215MPa,满足WN =31.6 98.8 = 120.4MPa ： f =215MPa,满足 A WQS max m =30.8MPa ： fv =125,满足。 Im$.匚2 3.2=131.7MPa ： f -215MPa，满足总稳定性计算:取最不利杆件进行计算:则 M=139<N m ； N=482kN计算公式:- < 1AmJ 2 Wm式中M为构件

15、中部1/3长度范围内最大计算弯矩，M=136kN m1为轴心受压杆件的纵向弯曲系数，构件二山=271/17.41 =16rx查表得1 =0.9。'2为构件只在一个主平面受弯时的纵向弯曲系数，根据e查表求得。e » 5 5 =1.8* 刃*!741 =23h ry45 8.1查表得2=0.9因为=21.57MPa : 0.15 ； f =29MPa，取' -1.0Am综合以上:N 1 MAm 兀 wm= 21.60.91.0*0.9*46.22=68 ：】f =0.9*215 =193.5MPa,满足均在允许应力范围内，安全5.2.1.5 斜撑计算斜撑杆均采用245b,

16、其截面积A=2*111.4cm2。rx = 17.41cm, q 二 8.11cm短斜撑l°1 =2.5m，长斜撑1。2 = 6.33m 1 = 250 / 8.11 = 31,二2 -75查表得：01=0.932， 02=0.72，短斜撑所受最大轴力 N1max=574kN长斜撑N2max=312kN 短斜撑：一N27MPa ： f =215MPa,满足长斜撑：一 =19.5MPa ： f =215MPa,满足满足要求。5.2.1.6 中直撑计算中直撑杆采用2I45b，其截面积A=2*111.4cm2。rx = 17.41cm, ry =8.11cm 中直撑杆l0 =8.95m，-

17、=895/8.11 =110,查表得： =0.493N中支撑杆所受最大轴力Nmax=617.3kN= 56.2MPa : f =215MPa,满足满足要求5.3、抗渗流稳定性计算(h 2t)8 (11.5 5.1) 14 0.5 o /=2.4 wh10 5.9基本满足抗渗流稳定性要求。5.4、基坑抗隆起稳定性计算KWZ2DNq cNc1(ho D) q式中:2=18kN /m3;D =5.1m;Nq 二尹 tan2(45)= 33.29;2c =0;h0 =6.9m将上述代入公式可得:Kwz基坑不会隆起。2DNq cNc18 5.1 33.29 0 一=141(h) D) q 18 (6.9

18、 5.1) 06、承台模板受力计算承台及系梁采用大块钢模板，模板标准尺寸为1.5 x 1.2m,面板厚4mm模板背部设置纵、横向加劲肋，钢模板上的每条横肋均为一整块的钢板制作而成， 纵向加劲肋与横肋T型焊缝连接，角焊缝按钢结构设计要求进行连接。 加劲肋肋 高6cm,厚6mm纵、横向间距均为30cm模板面上均匀设置对拉螺栓孔，孔间 距为50*75cm。边肋每15cm等距均匀设置一个销钉螺栓孔，螺栓孔孔径为 18*20mm销钉螺栓孔上穿M16螺栓，将相邻钢模板连接紧密。模板背面采用10*10 cm的木枋做纵向主梁，木枋间距为 50cm支撑在主梁 上的横肋采用厚3.5mn 48mn双钢管，排距75c

19、m,对拉螺杆间距50*75cm,采用 M16螺杆。单块模板大样及模板安装如后页附图所示:£90300300300300r | FTQSOOmn预留孔_j lO-鬲ad III1T0i構肋/h=6 cmmt h=6cm£ 6mmIF01 'YoLSOOriM单块钢模板大样图1CM0 cm木诺Ml 6mm拉杆/承台©48mm 钢首模板安裝剖面图6.1荷载计算Pmax为砼浇筑时的侧压力，T为拉杆承受的拉力。砼浇筑速度 v按1.0m/h , 初凝时间按5h计。(1) 砼振捣对模板产生的荷载标准值 P4 =4kPa。(2) 砼浇筑时的侧压力P5根据公路桥涵施工技术规

20、范实施手册P74 (人民交通出版社出版，田克平主编)进行计算：Pmax=0.22Y t 0KiK2V/2=0.22*24*5.0*1.2*1.15*1.0"2=36.43KN/m2Pmax =丫 x H= 24*2.5=60KN/m2P5取两者较小值，故最大侧压力为 36.43KN/m2有效压头高度为：h= Pmax / 丫= 36.43/24 = 1.52m。(3) P4的荷载分项系数=1.4 ; P5的荷载分项系数=1.22 一一(4) 验算荷载组合：q1=4*1.4+36.43*1.2=49.32KN/m(验算强度)2q2=36.43*1.2=43.72KN/m(验算刚度)6.

21、2钢面板验算(1) 强度验算：按双向板进行计算，最大弯矩 Mmax=xqL=0.0368*49.32*0.3*0.3A2=0.049kN mx- 双向板的板中心弯矩系数， 简明施工计算手册按四边简支板的条件， 查得： x=0.0368(T max=Mmax /Wx=0.049*10A6/(300*4A2/6)=61.25Mpa< c =215Mpa( 2) 挠度计算：fmax=Kf *P*LA4/B 0Kfmax 最大挠度系数，简明施工计算手册按四边简支板的条件，查得：Kfmax=0.00406。B0板的钢度，B0=E*hA2/12/(1-vA2)=200*10A9*0.004A3/12

22、/(1-0.3A2)=1172其中：h为钢板厚度，E为钢材的弹性模量，V为钢板的泊松系数fmax= Kf *P*LA4/B0=0.00406*43.72*0.3*0.3A4/1 172=0.37mmf max<f=300/400=0.75mm(3) 结论：经以上计算，钢模板的面板设置符合要求。6.3 验算钢模板纵、横向加劲肋钢模板上的每条横肋均为一整块的钢板制作而成， 纵向加劲肋与横肋 T 型焊 缝连接，角焊缝按钢结构设计要求进行连接。纵、横向加劲肋肋高 6cm厚6mm 纵横向间距均为30cm承受面板传递过来的荷载。(1) 承受的最大弯矩：按简支梁计算，肋跨径0.3m2横向最大弯矩 Mm

23、ax=qL8=49.32*0.3*0.3A2/8=0.17kN mcmax=Mmax/ Wx=0.17*10A6/(6*60A2/6)=47.22Mpa< c=215Mpa(2) 变形验算：按简支梁计算，肋跨径 0.3m挠度： f= 5qL 4/384EIAAA=5*43.72*300*300 A4/(384*2*10 A5*6*60A3/12)=0.064mmf <f=300/400=0.75mmE为材料的弹性模量,取值：2*10A5N/mm, I为材料的截面惯矩：匸bhA3/12(3) 验算加劲肋的构造要求：肋高：h=60> L/30+40=50mm肋厚：ts=6 >

24、; h/15=4mm( 4) 结论：经以上计算，钢模板的纵、横向加劲肋设置符合要求。6.4 模板竖向主梁强度与挠度计算模板竖向主梁为10*10木枋，木枋间距50cm支承在主梁的横胁间距L=75cm 验算时按三等跨计算最大变矩、挠度， 同时考虑钢模板纵向加劲肋的作用。 砼侧 压力按均布荷载qi考虑。100*100mm矩形木楞截面面积错误！未找到引用源。，截 面惯性矩 错误！未找到引用源。=8.33*10 -6卅，截面最小抵抗矩 错误！未找到引用源。 =1.67*10 -击，抗弯强度设计值 错误！未找到引用源。，弹性模量取为错误！未找到引用 源。2A(1) 最大弯矩：Mnax=xma)q1L/10

25、=0.08*49.32*0.5*0.752=1.11kN mxmax均布荷载下的三等跨梁的跨中最大弯矩系数，查表得：xmax=0.08( 2) 抗弯强度验算：方木 W=1.67*10-4 m3(T = Mmax/W=1.11/1.67*10A-4 = 5.35 (Mpe) v c=13Mpa( 3) 挠度验算：f= kp*qL 4/100EIAA=0.677*43.72*0.5*0.754/100/(9*109*8.33*10 -6)=0.629 mm查表得： Kp=0.677f<f=750/400=1.88 m(4) 结论：10*10cm木枋做竖向主梁，间距50cm其抗弯及挠度变形符合要 求。6.5 支承在竖向主梁上的横肋验算横肋采用厚3.5mm的© 48mn双排钢管