悬臂工字钢支护结构设计计算书

1、悬臂式工字钢支护结构设计计算书计算依据：1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-20122、建筑施工计算手册江正荣编著3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著5、土力学与地基基础一、参数信息1、基本参数支护桩材料钢桩支护桩间距ba(m)03支护桩嵌入土深度Id(m)6基坑开挖深度h(m)4基坑外侧水位深度ha(m)0.8基坑内侧水位深度hp(m)1.2支护桩在坑底处的水平位移量v(mm)12承压水含水层顶面至坑底的土层厚度D(m)43承压水含水层顶面的压力水头高度 hw(m)62、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度 Y(kN/m)粘聚力c(kPa)内摩擦角

2、<?(°)饱和土重度Ysat<kN/m3)水土分算填土219101220否粘性土321151822是粘性土1322161822是3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度Km)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0矩形局部荷载455624. 计算系数结构重要性系数yo1综合分项系数YF1.25嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks13突涌稳定安全系数Kh1.1-x 土压力计算eg土压力分布示意图附加荷载布置图1主动土压力计算1) 主动土压力系数Kai=tan2(45°-

3、卩/2)Ka2=tan2(45°-事/2)Ka3=tan2(45°- ®/2)Ka4=tan2(45°- q>"2)Ka5=tan2(45°-(p5/2)Ka6=tan2(45°- %/2)=tan2(45-12/2)=0.656 ；=tan2(45-12/2)=0.656 ；= tan2(45-18/2)=0.528 ；= tan2(45-18/2)=0.528 ；= tan2(45-18/2)=0.528 ；= tan2(45-18/2)=0.528 ；2) 土压力.地下水产生的水平荷载第1层土 ： 00.8mHi

4、XDoho+Dil/Yi 二0+3/19=0158mPaki± =7iHi'Kai2ciKa 1O5= 19x0.158x0.656-2x 10x0.656° 5=- 14.229kN/m2PakiT =yi(hi+ Hi')Kai-2ciKai°5=19x(0.8+0.158)x0.656-2xl0x0.656°-5=-4.258kN/m2第 2 层土 : 0.8-2mH2=Yihi+Zqi /丫湎=152+3/20=09 lmPak2 上=Ysai2H2,Ka2-2c2Ka2°-5=20x0.91 x0.656-2x 10x

5、0.656° 5=-4.26kN/nrPak2=YSat2(h2+H2')Ka2-2c2Ka20-5=20x( 1.2+0.91 )x0.656-2x 1 OxO.656(,5= 11,484kN/nr第 3 层土： 2-4mH3'=&2h2+Zqi/ysati=39.2+3/22= 1.918mPak3 =YSat3H3,-Yw(Xh2-ha)Ka3-2c3Ka3°-5+yw(Xh2-ha)=22x 1.918-1 Ox(2-O.8)xO.528-2x 15x0.52 8o5+10x(2-0.8)=6.144kN/m2Pak3下=YSat3(H3,

6、+h3)-Yw(Sh2-ha)Ka3-2c3Ka30-5+YW(Xh2-ha)=22x(1.918+2)-10x(4-0.8)x0.528-2 x 15x0.528°'+10x(4-0.8)=38.816kN/nr第 4 层土: 4-5m皿'=丫血<+2>1|+1>山1/(切+231)/丫创=832+3+1.167/22二3.9711“Pak4上=YSat4H4,-Yw(Sh3-ha)Ka4-2c4Ka405+yw(Zh3-ha)=22x3.971-10x(4-0.8)x0.528-2xl5x0.52 8o5+10x(4-0.8)=39.432kN/

7、nrPak4下=YSat4(H4,4-h4)-Yw(Xh3-ha)Ka4-2c4Ka4°-5+Yw(Xh3-ha)=22x(3.971 + 1)-10x(5-0.8)1x0.528-2 x 15x0.528° 310x(5-0.8)=55.768kN/nr第 5 层土 : 5-7mi +q i b i/(bi+2a i )/丫创二105.2+3+1.167/22=4.97 lmPak5上=YSat5H5-Yw(Sh4-ha)Ka5-2c5Ka5()-5+yw(Xh4-ha)=22x4.971-10x(5-0.8)x0.528-2xl6x0.52 805+10x(5-0.8)

8、=54315kN/nrPak5下=Ysat5(H5,+h5)-Yw®i4-ha)Ka5-2c5Ka5a547W(Sh4-ha)=22x(4.971+2)-10x(7-0.8)x0.528-2 x 16x0.528°'+10x(7-0.8)=86.987kN/nr第 6 层土 ： 7-10mH6=&5h5+Xqi+Zclibi/(bi+2ai)+Xqibili/(bi+2ai)(li+2ai)/Ysali= 149.2+3+1.167+0.5J/2 2=6.994mPak6上二MaibH 八Yw(h5hKa62c6Ka6°5+YQ；h5h=22x69

9、9410x(708)x05282x 16x0.528o5+10x(7-0.8)=87.254kN/nrPak6下=YSat6(H6,+h6)-Yw(Xh5-ha)Ka6-2c6Ka605+YwQ；h5-ha)=22x(6.994+3)-10x(10-0.8)x0.528- 2x 16x0.528°'+10x(10-0.8)= 136.262kN/nr3) 水平荷载临界深度:Zo=2Pak2 下h2/(Pak2 上 +Pak2 t)=2-11.484x 1.2/(4.26+11.484)=1.125m ；第1层土Eaki=0kN ；第2层土Eak2=0.5Pak2 下 Z()b

10、a=0.5x 11.484x 1.125x0.3= 1.938RN ；aa2=(2-Zo)/3+Xh3=(2-125)/3+8=8.292m ； 第3层土Eak3=h3(Pa3 ±+Pa3 下)ba/2=2x(6.144+38.816)x03/2= 13.488kN ；aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上下)+Xh4=2x(2x6.144+38.816)/(3x644+3x3&816)+6=6.758m ；第4层土Eak4=h4(Pa4 上+Pa4 T)ba/2= 1 x(39.432+55.768)x0.3/2= 14.28kN ；aa4=h4(2Pa4上+P

11、a4下)/(3P»4上下)+Xh5=lx(2x39.432+55.768)/(3x39.432+3x55.768)+5=5.471m ；第5层土Eak5=h5(Pa5 上+Pa5 下)5/2=2x(54.315+86.987)x0.3/2=42.391 kN ；aa5=h5(2Pa5上+Pa5下)/(3Pa5上+3Pa3+3Pa4+3Pa5下)+Xh6=2x(2x54.315+86.987)/(3x54.315+3x86.987)+3=3.923m ； 第6层土3a6=h6(2P a6+Pa6)/(3Pa6上+3Pa6Eak6=h6(Pa6 ±+Pa6 T)ba/2=3x(

12、87.254+136.262)x0.3/2= 100.582kN ；£=3x(2x87.254+136.262)/(3x87.254+3x 136.262)=1.39m ；土压力合力：Eak=IEaki=O+1.938+13.488+14.28+42.391 +100.582=172.679kN ； 合力作用点：aa=Z(aaiEaki)/Eak=(0x0+8.292x 1.938+6.758x 13.488+5.471 x 14.28+3.923x42.391 + 1.39x 100. 582)/172.679=2.846m ；2、被动土压力计算1) 被动土压力系数Kpi=tan2

13、(45°+(pi/2) = tan2(45+18/2)= 1.894 ；Kp2=tan2(45°+(p2/2) = tan2(45+18/2)= 1.894 ；Kp?=tan2(45°+(pV2) = tan2(45+18/2)= 1.894 ；2) 土压力、地下水产生的水平荷载第 1 层土 : 4-5mHi,=Xyoho/yi=0/21=0mPpki 上=yiHi，Kpi+2c1 Kpl°-5=21 xOx 1,894+2x 15x 1.894° 5=41.287kN/nrPpkiT =yi (h i +H i Kp i +2c i Kp i

14、05=2 1 x( 1 +0)x 1.894+2x 15x1.89405=81.061 kN/m2 第 2 层土 : 5-5.2mH2,=Syihi/yi=21/22=0.955mPpk2 上=Y2H2，Kp2+2c2Kp2O-5=22xO.955x 1.894+2x 16x 1.89405=83.832kN/nrPpk2下=Y2(h2+H2)Kp2+2c2Kp2° L22x(0.2+0.955)x 1.894+2x 16x 1,89405=9266kN/m2第 3 层土 : 5.2-10mH3，=EY2h2/Ysati=25.4/22=l. 155mPpk3上=YSat3H3-Yw

15、(Sh2-hp)Kp3+2c3Kp3O-54-Yw(Xh2-hp)=22x 1.155-10x(1.2-1.2)x 1.894+2x 16x 1 .894°'+10x(1.2-1.2)=92.166kN/nrPpk3下=Ysat3(H3,+h3)-Yw(Lh2-hp) Kp3+2c3Kp3°-5-Hyw(2：h2-hp)=22x( 1.155+4.8)-10x(6-1.2)xl .894+2x 16x 1.894°'+10x(6-1.2)=249.26kN/m23) 水平荷载第1层土Epk尸bah】(Ppi 上+Ppi 下)/2=0.3x 1 x(

16、41.287+81.061 )/2= 18.352kN ；aPi=hi(2PPi上+Ppi下)/(3PPi上+3 PpiT)+Xh2= 1 x(2x41.287+81.06l)/(3x41.287+3x81.061 )+5=5.446m ；第2层土EPk2=bah2(PP2 上+Pp2 下)/2=0.3x0.2x(83.832+92.166)/2=5.28kN ；卯 2=l】2(2Pp2上+Pp2下)/(3Pp2上+3Pp2t)+2>3=0.2x(2x83.832+92.1 66)/(3x83.832+3x92.166)+4.8=4.898m ；第3层土Epk3=bah3(Pp3 上+P

17、p3 下)/2=0.3x4.8x(92166+249.26)/2=245.827kN ；ap3=h3(2Pp3上+Pp3下)/(3Pp3上+3Pp3t)=4.8x(2x92.166+249.26)/(3x92.166+3x249.26)=2.032m ；土压力合力：Epk=SEpki=18.352+5.28+245.827=269.459kN ；合力作用点：ap= S(apiEpki)/Epk=(5.446xl 8.352+4.898x5.28+2.032x245.827)/269.459=2.32lm ；3、基坑内侧土反力计算1) 主动土压力系数Kai=tan2(45°-<p

18、i/2) = tan2(45-18/2)=0.528 ；Ka2=tan2(45°-q>2/2) = tan2(45-18/2)=0.528 ；Ka3=tan2(45°-(p3/2) = tan2(45-18/2)=0.528 ；2) 土压力、地下水产生的水平荷载第 1 层土 : 4-5mHi'=EYoho/yi=0/21=0mPskl=(O.2<pi2-9i+ci)Zho(l-£h(Ai)v/vb+YiHi'Kai=(O.2xl82-18+15)xOx(l-O/6)xO.O12/O.O12+21 xOxO.528=OkN/nrPskl下

19、=(0.2(pi2-<pi+ci)Shi(l-Shi/ld)v/vb+yi(hi+Hi,)Kai=(0.2xl82-18+15)xlx(l-l/6)x0.012/0.01 2+21 x(0+1 )x0.528=62.588kN/m2第 2 层土 : 5-5.2mH2,=Syihi/yi=21/22=0.955mPsk2上=(0.2<P22-(P2+C2)Di 1(1 -h i/ld)u/ub+Y2H2Ka2=(0.2x 182- 18+16)xlx(l-l/6)x0.012/0.012+22 x0.955x0.528=63.427kN/m2Psk2下=(0.2(p22-q>2

20、+C2)Xh2(l -h2/ld)u/ub+Y2(h2+H2)Ka2=(0.2x 182-18+16)x 1.2x(1-1.2/6)x0.012/ 0.0124-22x(0.955+0.2)x0.528=73.704kN/nr第 3 层土 : 5.2-10mH3,=EY2h2/ySau=25.4/22=l. 155mPsk3上=(0.2<p32-q>3+c3)Zh2( 1 -h2/ld)u/ub+Ysai3H3-YwQh2hp)Kp3+Y(Zh2-hp)=(0.2x 182-18+16) x 1.2x(1 -1,2/6)x 12/12+22x 1.155-10x( 1.2-1.2)

21、x0.528+ 10x( 1.2-1.2)=73.704kN/m2Psk3下=(O.2<P32-(P3+C3)2J13( 1 -h”ld)u/ub+Y$ai3(H3+h3)-Yw(h3-hp)Kp3+Yw(h3-hp)=(0.2x 182-18 +16)x6x(l -6/6)x 12/12+22x(1.155+4.8)-10x(6-1.2)x0.528+10x(6-1.2)=91.829kN/m23) 水平荷载第1层土Pski=b()hi(Psi 上+Psi 下)/2=0.3x 1 x(0+62.588)/2=9.388kN ；asi=hi(2Psi上+Psi下)/(3 Psi上+3Ps

22、iT)+Xh2=lx(2x0+62.588)/(3x0+3x62.588)+5=5.333m ；第2层土Psk2=b()h2(Ps2 上+Ps2下)/2=0.3x0.2x(63.427+73.704)/2=4.114kN ；as2=h2(2Ps2上+Ps2下)/(3 Ps2上+3Ps2下)+Xh3=0.2x(2x63.427+73.704)/(3x63.427+3x73.704)+4.8=4.898m ；第3层土Psk3二b()g(Ps3 上+Ps3 t)/2=0.3x4.8x(73.704+9 1.829)/2= 119.184kN ；as3=hs(2Ps3上+Ps3下)/(3Ps3上+3

23、Ps3t)=4.8x(2x73.704+9 1.829)/(3x73.704+3x91.829)=2.312m ；土压力合力：Ppk=SPpki=9.388+414+119.184= 132.686kN ；合力作用点：as= Z(as>Pski)/Ppk=(5.333x9.388+4.898x4.114+2.312x119.184)/132.686=2.606m ；Psk= 132.686kN<EP=269.459kN满足要求！三、稳定性验算1、嵌固稳定性验算Epkap|/(Eakaai)=269.459x2.321/(172.679x2.846)= 1.273>IQ= 1.

24、2满足要求！2、整体滑动稳定性验算Cj、q>j第j 土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(。)；bj第j 土条的宽度(m)；切一第j 土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(。)；h第j 土条的滑弧段长度(m),取lj二bj/cosOj ；qj作用在第j 土条上的附加分布荷载标准值(kPa)；G.l-第j 土条的自重(kN),按天然重度计算；U)第j 土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa),采用落底式截水帷幕时，对地 下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取Uj = ywhwaj,在基坑内侧，可 取Uj二Ywhwpj ；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取Uj二0 ；地下水重度(kN/m3)；hwaj基坑外侧第j 土条滑弧面中点的压力水头(m)；hwp_)基坑内侧第j 土条滑弧面中点的压力水头(m)；mi