钢板桩计算书初步

1、钢板桩围堰复核计算（混凝土围檩）一、设计依据二、钢板桩围堰结构说明及施工工艺流程简单说明钢板桩采用拉森W型钢板桩。钢板桩设计长度24米，插入河床以下约18米，承台底面以下10.78米。表3 :拉森W型钢板桩技术规格型号钢板桩尺寸（mr）截面积单位重量截面矩宽度b高h壁厚t1侧壁厚t22(cm)(kg/m)3(cm)拉森W型40017015.511236742037施工简单流程1、插打靠近围堰内壁的12根钢护筒，护筒壁厚10mm长9米，入土深度3米，采用20a作平联，连成稳定的框架。2、安装20a内、外围导向定位架，定位架与钢护筒之间连接牢靠，然后进行钢板桩插打，承台为圆形，钢板桩围堰为圆形，考

2、虑预留1.5m的施工空间，钢板桩围堰内径定为© 23.5m。3、 先插打河上游的第1根钢板桩，余下钢板桩在第1根钢板桩两边插打， 逐渐向两边分，将河中的钢板桩全部打完。4、施工临时防护结构，拆除墩位处河堤。5、测量放样，继续插打钢板桩围堰直到合拢。6安装外围檩对围堰进行加固。7、堰内分层填土（约40cm层），每层基本找平后再填上一层，采用透水 性好的砂土，一边填土，一边抽水，确保堰内外压力基本平衡。8、拆除钢平台桥面及纵梁。9、将岛面填筑成中间比周边高1米的隆起，理顺排水，防止岛面积水，围 堰填筑成型后，在填土顶面铺一层渣石以增强其承载能力。10、进行钻孔施工11、 桩基全部施工完成

3、并全部检验合格后，进行承台开挖，大面开挖到标咼 +1.1m时，安装第一道围檩（0.4 x 0.4m双室钢箱）。围檩安装在牛腿上。第一层 内围檩安装完毕后，进行内支撑安装，内支撑与围檩间采用焊接。内支撑安装完 毕，方可进行下层开挖。12、 边开挖边抽水，分层开挖，大面开挖到标高-2.25m时，安装钢筋、模 板、焊锚固钢筋、安装塑料隔膜，浇注 C40围檩混凝土（ 1.1 x 1.1m）013、大面开挖到标高-5.021m （6#墩-5.221m ）时，安装钢筋、模板、焊锚固 钢筋、安装塑料隔膜，浇注 C40围檩混凝土（ 1.1 x 1.1m）o14、5#墩大面开挖到标高-7.021m时（6#墩开挖

4、到标高-7.221m），安装模板、 钢筋、焊锚固钢筋、安装塑料隔膜，浇注 1米高、1米宽C40砼（连续墙第一次 浇筑）。15、5#墩大面开挖到标高-8.021m时（6#墩开挖到标高-8.221m），安装模板、 钢筋、并与上层墙体钢筋相连、安装塑料隔膜，浇注1米高、0.5米宽C40砼（连 续墙第二次浇筑）。连续墙竖向分节开挖，分节施工浇注，连续墙高度共 4米。16、连续墙完工，强度达到75%t，继续开挖，比承台底超挖1米，基底找 平，浇注1米厚封底混凝土，并留好。坑底四周预留排水沟、积水坑等 。封底 顶标高即为承台底标高，封底采用C20砼。为保证以后钢板桩好拔出，在钢板桩 与圭寸底砼之间10mm

5、厚的泡沫板作隔离层，以便于以后钢板桩拔出。三、设计参数3.1水文资料20年一遇设计最咼通航水位标咼为+2.59m。常水位标咼为0.8m。3.2地质资料地质情况如下表：表1：地质情况表时代成因地层编号岩土名称岩土状态基本承载力d 0（ KPaal+mQQ-1粉质黏土软塑120-2粉土稍密中密100Qm-1淤泥质粉质黏土流塑80Qm+h-1粉质黏土软塑100-2粉砂中密100Qm+l-4粉质黏土软塑硬塑180Qal+m-1粉土中密150亠mQ-1粉质黏土流塑120亠 al+mQ-1粉砂夹粉土、粉质黏土中密150-2粉砂密实200表2:主墩基础地质地层分布情况表土质墩号厚度(m)粉土淤泥质粉 质黏土

6、粉土粉质黏土粉砂、中砂5#墩1.414.515.56.811.4以上6#墩0.912.221.57.85.5以上3.3其它荷载参数车辆荷载：按q2=20kPa的均布荷载进行计算。四、设计工况及荷载组合设计工况一：在钢板桩外侧加型钢围檩。在钢板桩围堰内部回填土并分层压 实至标高+3.0m。在工况一条件下取最不利荷载组合：水压力 +主动土压力+被动 土压力。施工水位按常水位+0. 8m进行计算。外侧地面标高为-3.0m，内侧地面 标咼为+2.8m。设计工况二：桩基施工完成后，进行开挖作业，开挖至第一层内围檩位置(+1.3m),安装第一层围檩。在工况二条件下取最不利荷载组合：水压力 +主动 土压力+

7、被动土压力+水压力+车辆荷载。施工水位按常水位+2.59m进行计算。外 侧地面标高为-3.0m，内侧地面标高为+1.3m。设计工况三：第一层围檩及内支撑施工完毕，继续挖基坑至第二层围檩位置 (标高-2.2m，为砼围檩的底面标高)，此时内围檩砼未浇筑。在工况三条件下取 最不利荷载组合：水压力+主动土压力+被动土压力+车辆。施工水位按+2.59计 算。外侧地面标高为-3.0m，内侧地面标高为-2.2m。施工荷载主要为外侧车辆碾 压荷载。设计工况四：第二层围檩及内支撑施工完毕，基坑开挖至第三层围檩位置(标 高-4.7m，为砼围檩的底面标高)此时内围檩砼未浇筑。在工况四条件下取最不 利荷载组合：水压力

8、+主动土压力+被动土压力+车辆荷载。施工水位按+2.59计 算。外侧地面标高为-3.0m，内侧地面标高为-5.021m。施工荷载主要为外侧车辆 碾压荷载。设计工况五：第三层围檩及内支撑施工完毕，基坑开挖至下层承台顶面下1m位置（标高-7.221m）,此时内围檩砼未浇筑。在工况五条件下取最不利荷载组 合：水压力+主动土压力+被动土压力+施工荷载引起的附加力。施工水位按+2.59 计算。外侧地面标高为-3.0m，内侧地面标高为-7.221m。施工荷载主要为外侧车 辆碾压荷载。设计工况六：第四层围檩及内支撑施工完毕，以后基坑每开挖1m即浇筑1m的围檩砼，直至基底位置（标高-11.221m），围堰受力

9、达到封底砼浇筑前的最终 状态。五、钢板桩围堰的计算分析5.1设计工况一计算原理在工况一条件下，围堰外侧顶部设置有一道外围檩，钢板桩按单锚式板桩进 行计算，单锚深埋板桩上端为简支，下端为固定支撑。其计算采用等值梁法。钢板桩围堰强度计算假定外侧地面以下y深度处，钢板桩围堰外的被动土压力等于钢板桩围堰内 的主动土压力。围堰内部的土压力按主动土压力进行计算，围堰外部的土压力按被动土压力 进行计算，水位以下的土体按浮容重进行计算。由于内外水位标高相等，未标出水压力。通过试算，得出y=0.56m时，钢板桩围堰外的被动土压力等于钢板桩围堰内 的主动土压力。钢板桩围堰的受力模型如图5.2-2,对应的e点的标高

10、为-3.56m。取1m宽钢板桩进行受力分析，其计算模型如下：计算模型剪力图弯矩图查看计算结果图形得出，钢板桩围堰的最大弯矩为M=145.97kNm每延米钢3板桩抗弯模量W=2037cm则钢板桩应力为：- M/W =71.66Mpa<210Mpa 钢板桩的强度满足要求。钢板桩围檩的计算根据上节的计算得出，钢板桩围檩处的支座反力为38.67kN,计算中所取的钢板桩的宽度为1m，即钢板桩对围檩的作用力为 38.67kN/m。对外围檩建立整 体模型进行分析，考虑加工精度，将圆36等分为多边形计算，由于考虑对填土时围堰设拉杆对拉，拉杆共设 8道，故模型设置16个支点，见下图：外围檩采用220,其截

11、面面积为 A=28.8X 2=57.6cm2，其截面模量 W=1783X 2=356cm。可求得最大弯矩为 67.3kNm剪力为87.25kN。弯曲应力为：;=M/W =189Mpa<145 1.4=203Mpa剪应力为：t =V/A=15.15MPa< t =85MPa查公路桥涵钢结构及木结构设计规范表 和表知，钢材的容 许弯曲应力为145MPa,对于临时结构，可采用1.4的提高系数。故围檩的强度满足要求。建议在原设计基础上，在钢围堰顶部外围檩增设拉 杆，对拉拉杆采用直径为25mm的精轧螺纹钢筋，其截面积为353mm2。由上模 型分析得，支座最大反向轴力为167.09kN，考虑的

12、1.5的多根拉杆不均匀分配系 数为1.5，故拉杆每束根数为4。拉杆布置图如下：钢板桩围堰的入土深度计算根据第节的计算得出，在深度y处的支座反力为P=127.25kN。假定在 e点以下xm处，钢板桩的弯矩为0，近似计算的公式如下：2P=Y (K Kp-Ka) /6x2得出 x= V(6P/ y / (K Kp-Ka) )=3.26m查简明施工计算手册表3-25,得K=1.7，内摩檫角为25度，则其主动土压力系数Ka=0.406，被动土压力系数为Kp=2.464。则钢板桩围堰的最小入土深度为to=x+y=3.26+0.56=3.82,实际所需的入土深 度为t=1.2to=4.584m,实际的钢板桩

13、围堰的入土深度为 9.779m>4.584m,故钢板 桩围堰的入土深度满足要求。5.2设计工况二计算原理在工况二条件下，围堰外侧顶部设置有一道外围檩，钢板桩按单锚式板桩进 行计算，单锚深埋板桩上端为简支，下端为固定支撑。其计算采用等值梁法。钢板桩围堰强度计算假定外侧地面以下y深度处，钢板桩围堰外的被动土压力等于钢板桩围堰内的主动土压力。围堰内部的土压力按主动土压力进行计算，围堰外部的土压力按被动土压力 进行计算，水位以下的土体按浮容重进行计算。通过试算，得出y=0.28m时，钢板桩围堰外的被动土压力等于钢板桩围堰内 的主动土压力。又由以上受力图知，工况二受力比工况一小，故其不做控制工况，

14、 在此不做验算。5.3设计工况三531计算原理在工况三条件下，围堰内取土至标高-2.2m，已安装上面一层内支撑结构， 但此时第二层围檩并未安装。用等值梁法。围堰内部的土压力按被动土压力进行 计算，围堰外部的土压力按主动土压力进行计算，水位以下的土体按浮容重进行 计算。在设计工况三条件下，取最不利荷载组合：水压力+主动土压力+被动土压力 +车辆荷载，其中车辆荷载取20kpa。受力状况见下图示：通过试算，得出y=1.07m时，钢板桩围堰内的被动土压力等于钢板桩围堰外 的主动土压力。钢板桩围堰的受力模型如上图，对应的 e点的标高为-3.27m。取1m宽钢板桩进行受力分析，通过试算知上层内支撑受拉，故

15、计算时，上 层内支撑处不设置支座，其计算模型如下：计算模型采用sap2000计算得结果如下：剪力图弯矩图查看结果图形发现，钢板桩围堰的最大弯矩为143.30kNm,每延米钢板桩抗弯模量为W=2037m3则钢板桩的应力为：:二M/W =70.35Mpa<210Mpa，钢板桩的强度满足要求。钢板桩围檩的计算根据上节的计算得出，钢板桩围檩处的支座反力为114.91kN,计算中所取的钢板桩的宽度为1m，即钢板桩对围檩的作用力为114.91kN/m。围檩为圆形结构，取微段长度进行分析，假定拱轴为合理轴线，则拱轴所受 弯矩及剪力均为0,其轴力为常数，其值为 Fn=114.91X 11.55=1327

16、.21kN围檩为钢箱结构，A=0.0194m2故压应力匚压二Fn/A =68.42Mpa<200Mpa，满足受力要求。考虑施工精度，用16边形代替圆建立整体模型如下图:外围檩采用钢箱结构，其截面模量 W=2207cm3。可求得最大弯矩为202.27kNm 剪力为 263.41kN。弯曲应力为：二二 M/W =91.6Mpa<145 1.4=203Mpa剪应力为：t =V/A=13.5MPa< t =85MPa查公路桥涵钢结构及木结构设计规范表 和表知，钢材的容 许弯曲应力为145MPa，对于临时结构，可采用1.4的提高系数。内支撑各点反力如下图：即内支撑承受轴力为153.48

17、kN。内支撑采用工20a型钢，ix=8.15cm。自由长度为 4.7m，长细比'=-l° =57.67。© =0.819.ix153.48kN 2 =52.6Mpa<140Mpa，受力满足要求。0.819 35.6cm2钢板桩围堰的入土深度计算由以上计算得出，在深度y处的弯矩为M=143.30kNm。假定在e点以下xm 范围内的土压力对e点的弯矩为M=143.30kNm，近似计算的公式如下：3M= 丫( K Kp-Ka) /3x得出 x= (3M/ 丫 / (K Kp-Ka) )1/3=1.82m查简明施工计算手册表3-25,得K=1.7，内摩檫角为25度，则

18、其主动 土压力系数Ka= 0.406，被动土压力系数为 Kp=2.464则钢板桩围堰的最小入土深度为他to=x+y=1.82+1.07=2.89,实际所需的入土 深度为t=1.1to=3.18m，实际的钢板桩围堰的入土深度为 18.8m>10.25m，故钢板 桩围堰的入土深度满足要求。5.4设计工况四计算原理在工况四条件下，围堰内取土至标高-5.02m，已安装上面两层内支撑结构， 但此时第三层围檩并未安装。用等值梁法计算多层支撑板桩，其计算步骤和方法 与工况三相同。围堰内部的土压力按被动土压力进行计算，围堰外部的土压力按 主动土压力进行计算，水位以下的土体按浮容重进行计算。假定内侧地面以

19、下y深度处，钢板桩围堰外的被动土压力等于钢板桩围堰内 的主动土压力。在设计工况四条件下，取最不利荷载组合：水压力+主动土压力+被动土压力 +车辆荷载，其中车辆荷载取20kpa。通过试算，得出y=1.6m时，钢板桩围堰内的被动土压力等于钢板桩围堰外 的主动土压力。钢板桩围堰的受力模型如上图，对应的 e点的标高为-6.62m。取 1m宽钢板桩进行受力分析，其计算模型如下：计算模型剪力图弯矩图支座反力查看结果图形发现，钢板桩围堰的最大弯矩为237.15kNm,每延米钢板桩抗弯模量为W=2037m3则钢板桩的应力为：打二M/W =116.42Mpa<210Mpa，钢板桩的强度满足要求。钢板桩围檩

20、的计算根据上节的计算得出，钢板桩围檩处的支座反力为320kN，计算中所取的钢 板桩的宽度为1m，即钢板桩对围檩的作用力为 320kN/m。围檩为圆形结构，取微段长度进行分析，假定拱轴为合理轴线，则拱轴所受 弯矩及剪力均为0,其轴力为常数，其值为 Fn=320X11.55=3696kN。施工中考 虑20cm的偏心矩，截面采用对称配筋，根矩形截面小偏心受压构件对称配筋计 算，计算得出配筋结果为负值，按照构造配筋，则配筋面积A=0.6% X 仁6000mm2，原设计配筋满足要求。543钢板桩围堰的入土深度计算由以上计算得出，在深度y处的弯矩为M=237.15kNm。假定在e点以下xm 范围内的土压力

21、对e点的弯矩为M=237.15 kNm，近似计算的公式如下：3M= 丫( K Kp-Ka) /3x31/3得出 x= (3M/ 丫 / (K Kp-Ka) ) =2.15m查简明施工计算手册表3-25,得K=1.7，内摩檫角为25度，则其主动 土压力系数Ka= 0.406，被动土压力系数为 Kp=2.464。则钢板桩围堰的最小入土深度为他to=x+y=2.15+1.6=3.75，实际所需的入土 深度为t=1.1to=4.13m，实际的钢板桩围堰的入土深度>4.13m，故钢板桩围堰的 入土深度满足要求。5.5设计工况五计算原理在工况五条件下，围堰内取土至标高-7.22m，已安装上面三层内支

22、撑结构， 但此时底部围檩并未安装。用等值梁法计算多层支撑板桩，其计算步骤和方法与 工况四相同。围堰内部的土压力按被动土压力进行计算， 围堰外部的土压力按主 动土压力进行计算，水位以下的土体按浮容重进行计算。假定内侧地面以下y深度处，钢板桩围堰外的被动土压力等于钢板桩围堰内 的主动土压力。通过试算，得出y=2.02m时，钢板桩围堰内的被动土压力等于钢板桩围堰外 的主动土压力。钢板桩围堰的受力模型如下图，对应的e点的标高为-9.24m。取1m宽钢板桩进行受力分析，其计算模型如下：计算模型剪力图弯矩图查看结果图形发现，钢板桩围堰的最大弯矩为292.81kNm,每延米钢板桩抗弯模量为W=2037m3则

23、钢板桩的应力为：V -M/W -143.74Mpa<210Mpa，钢板桩的强度满足要求。钢板桩围檩的计算根据上节的计算得出，钢板桩围檩处的支座反力为490.87kN，计算中所取的钢板桩的宽度为1m,即钢板桩对围檩的作用力为 490.87kN/m。围檩为圆形结构，取微段长度进行分析，假定拱轴为合理轴线，则拱轴所受 弯矩及剪力均为0,其轴力为常数，其值为 Fn=490.87X 11.55=5669.59kN。配筋计算结果同工况四，仍按构造配筋，配筋率不得小于0.6%.钢板桩围堰的入土深度计算由以上计算得出，在深度y处的弯矩为M=292.81kNm。假定在e点以下xm 范围内的土压力对e点的弯

24、矩为M=292.81 kNm，近似计算的公式如下：3M= 丫( K Kp-Ka) /3x3得出 x= (3M/ 丫 / (K Kp-Ka) )1/3=2.30m查简明施工计算手册表3-25,得K=1.7，内摩檫角为25度，则其主动 土压力系数Ka= 0.406，被动土压力系数为 Kp=2.464。则钢板桩围堰的最小入土深度为他to=x+y=2.3+2.02=4.32,实际所需的入土 深度为t=1.1to=4.75m，实际的钢板桩围堰的入土深度4.75m，故钢板桩围堰的 入土深度满足要求。5.6设计工况六第四层围檩及内支撑施工完毕，以后基坑每开挖1m即浇筑1m的围檩砼，直 至基底位置(标高-11

25、.221m)，四层围檩下的最大跨度为1m，按最不利状态(悬臂状态)计算其承受的最大荷载q=814.8kN/m。封底底部主动土压力强度为199.86kpa，受力满足要求。浇注混凝土封底后，围堰的受力状态近似与工况五相同，在此不做计算5.7盾恩法验算钢板桩入土深度计算公式：计算简图如下1/2 丫 (K-K) x2=1/2(Ka 丫' h+丫 wH)X (2.521+x)解得x =6.1m实际插入深度为9.779m安全系数1.6，安全。实际情况相当于内支撑位置位于封底底面，比此更偏安全5.8混凝土围檩的验算取第三层围檩进行混凝土围檩验算1、受力验算钢板桩顶面+3.0m最高水位+2.59m第一

26、道支撑+1.3m第二道支撑-2.2m河床标高-3.0m第三道支撑-5.45m四道支撑-8.7m承台底标高-10.221mI封底砼1m 了为承台顶标咼-3.221mY (Kp-Ka)xKay ' h+ y wH第三层围檩及内支撑施工完毕，基坑开挖至下层承台顶面下 1m位置（标高 -7.22m），此时内围檩砼未浇筑，围堰受力为该过程最不利状态。如图 1为围堰 的靠岸一侧的水压和土压分布。图1水压土压分布第三层围檩受荷高度约为4.22m （标高3.0m到-7.22m的范围）。-3.0m 处水压为：R =（2.593） 10 =55.9kN/m2 ；-7.22m 处水压为：P2 =（2.597

27、.22） 10 =98.1kN /m2-3.0m处土压力（地下水位以下扣除水对土的浮重）为：-7.22m处土压（地下水位以下扣除水对土的浮重）为：计算时偏安全考虑，认为4.22m受荷高度内的荷载均由第三道围檩来承受， 简化为均布荷载，外部车辆荷载产生的压力荷载为8.1 kN / m2，则作用在第三道 围檩上的均布荷载大小为：根据此压力荷载建立模型，围檩为对称结构，取一半围檩进行计算，计算模 型如图2所示。土压力和水压力可按恒载计算，考虑1.2的组合系数。图2第三道围檩计算模型图3第三道围檩计算轴力根据模型计算得围檩轴力设计值为 6809.5kN。围檩混凝土单元应力为：满足要求。2、配筋验算在施工中，考虑到围檩的施工误差，对围檩纵向进行适当配筋，以确保结构 稳定，配筋按矩形截面偏心受压构件的理论进行计算，拟取偏心矩仓=200mm。根据混凝土结构设计规范和混凝土结构计算手册矩形截面偏心受压 柱的计算来进行围檩的配筋。附加偏心矩 q = max20,d/30 1=1000/30 = 33.3mm则初始偏心距e =仓 ea = 233.3mm按小偏心计算N为设计值，其大小为:根据混凝土结构设计规范有：取 A = hn 1000 1000 =0.2% 1000 100