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标段项目部二一六年十一月目 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158.3围囹计算158.4封底砼厚度计算22围堰整体抗浮验算22封底砼强度验算228.5基坑底土抗隆起验算238.6基坑底管涌验算248.7钢板桩

2、围堰验算结论25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K287075K291+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14.82×1.90×1.5m，14.82×1.80×1.5m，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，进行围堰内冲泥挖土，破除桩头、进行系梁立柱施工，详细布置见下图： 二、计算依据钢结构设计规范(GB50

3、017-2003)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-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

4、见下图：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w mm有效高度h mm厚度 t mm截面积 cm2截面二次力矩 cm4截面系数cm3单位净重Kg/m截面积cm2/m截面二次力矩cm4/m截面系数cm3/m单位净重Kg/cm2FSP-40010010.5 61.18 1240 15348.0 153.0 8740 874 120FSP-40012513.0 76.42 2220 22360.0 191.0 16800 1340 150FSP-40017015.5 96.99 4670 36276.1 242.5 38600 2270 190FSP-VL5002002

5、4.3 133.80 7960 520105.0 267.6 63000 3150 210五、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4.5 8.0 17.8-1.7-2.20.5 22粉质黏土10.6 12.0 17.5-2.2-4.72.5 32淤泥质黏土16.0 12.0 18.4-4.7-7.22.5 42淤泥质黏土3.0 7.0 16.7-7.2-9.22.0 53淤泥质黏土2.2 6

6、.0 16.7-9.2-12.23.0 综合近似计算参数7.7 9.1 17.3 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

7、被动土压力修正系数如下表：主、被动土压力系数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 0.76 0.871.311.141.66.2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，钢板桩采用拉森型钢板桩，厚15.5mm，拉森钢板桩桩长L=20m，其基本参数：A=242.5cm2,w=2270cm3,I=38600cm4,允许应力，。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:h= =280cmh1=1.11h=1.11*2.8=3.08

8、mh2=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)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

9、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；(4)围堰内抽水至-1.45m，在标高-1.0m处安装第二道内支撑；(4)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

10、-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：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压力强度，即： 主动土压力： 被动土压力： =1.09m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：（河水底面）（河床下土层顶部）(2) 计算结果 计算模型：工况1 1m宽度范围钢板桩有限元模型工况1 1m宽度范围钢板桩剪力图 Qmax=54.23(kN)由上图可知，

11、钢板桩最大的弯矩为67.35kN.m，作用于第一道内支撑的反力为45.89kN。SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm3 容许应力210MPa。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：主动土压力： 被动土压力： =2.48m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：（河水底面）（河床下土层顶部）(2) 计算结果 计算模型：工况2 1m宽度范围钢板桩有限元模型工况2 1m宽度范围钢板桩剪力图 Qmax=192.53(kN)由上图可知，

12、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2270cm3容许应力210MPa。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：主动土压力： 被动土压力： =2.49m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：（河水底面）（河床下土层顶部）(3) 计算结果 计算模型：工况3 1m宽度范围钢板桩有限元模型工况3 1m宽度范围钢板桩剪力图

13、 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2270cm3容许应力210MPa。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-工况三68.89

14、12.61-156.3726.81-4.01305.73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。可根据和墙前被动土压力对板桩底端的力矩相等求得，即 拉森钢板桩实际入土深度为 ，取t0=1.2t 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20m。8.3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

15、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。第三道围囹空间有限元模型圈梁组合剪力图Qmax=565.6KN圈梁组合变形位移值fmax=0.002m<L/250=0.015m,满足要求。圈梁轴力Pmax=294.9KN圈梁组合应力图max=74.0MPa，满足要求。圈梁剪应力图max=49.5MPa，满足要求。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。斜撑、平撑轴力P=1618.8KN斜撑、平撑组合应力图max=98.8MP

16、a，满足要求。斜撑、平撑剪应力图max =0.1MPa，满足要求。8.3.3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：15.2m×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=0.85(MPa)，钢与混凝土粘结力：一般取100-200kN/m2，这里取120 kN/m2；混凝土容重：23kN/m3；封底混凝土所受浮力:抗浮力:封底混凝土自重混凝土与钢板桩之间摩擦力钢板

17、桩内周长(每延米拉森桩，与砼接触面长度1.689m)桩基与封底混凝土摩阻力满足要求。8.4.2封底砼强度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M1、M2可按下式计算：式中 、

18、弯矩系数，查简明施工计算手册中双向板在均布荷载作用下内力系数表；地下水头浮力减去封底混凝土的重力形成的荷载(KN/m2)矩形板的计算跨度(取最小跨)(m)。取两根桩基中间3.7m×5.6m板计算。 查表得，a1=0.0737,a2=0.0276。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：式中Nq、Nc -按Prandtl公式时， ；c-土的粘聚力(k