连接井基坑支护计算

1、 目录1、工程简介32、设计资料42.1、基坑内设计参数42.2、前排钢板桩设计参数42.3、计算方法53、基坑内支护计算53.1、支撑层数及间距53.2、支撑及钢板桩受力计算63.3、钢板桩强度校核103.4、支撑围檁强度校核103.5、围檁及支撑稳定性校核143.6、后排钢板桩对拉钢丝绳强度计算153.7、钢板桩最小入土深度计算174、前排钢板桩验算175、结语191、工程简介连接井位于电厂厂区内，距东边的煤灰堆场约100m，连接井最南侧距海边约30m40m。现根据施工需要，将连接井及部分陆域段钢管段设置成干施工区域，即将全部连接井及部分陆域钢管段区域逐层开挖成深基坑，然后在基坑进行施工工

2、作。基层四周采用CDM桩或者钢板桩进行支护。干施工区域平面图如下所示： 图1.1干施工区域平面图图1.2 基坑支护典型断面图（供参考）2、设计资料2.1、基坑内设计参数1、钢板桩桩顶高程为+3.3m；2、地面标高为+2.5m，开挖面标高-5.9m，开挖深度8.4m，钢板桩底标高-14.7m。3、坑内外土体的天然容重为16.3KN/m2，内摩擦角为=15.5°，粘聚力c=13.7KPa；(土的参数参考广电院提供给我方地质报告) 4、地面超载q：按20 KN/m2考虑；5、钢板桩暂设拉森400×170 U型钢板桩， W=2270cm3，=200MPa，桩长18m。2.2、前排钢

3、板桩设计参数1、钢板桩桩顶高程为+2.7m；地面标高为+2.5m，南边基槽开挖标高为-6.2（第八排桩顶往下1.2m），则地面到基槽底距离为8.7m，基槽底至钢板桩底距离为9.1m。2、由于前排钢板桩临近海边，桩前后的土侵没于海水中，土体参考饱和土计算。土的饱和容重为12.4KN/m2，内摩擦角为=15.5°，粘聚力c=0KPa；3、地面超载q：按0 KN/m2考虑；4、钢板桩暂设拉森400×170 U型钢板桩，W=2270cm3，=200MPa，桩长18m。2.3、计算方法由于钢板柱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，此时围堰上端收到内撑的支撑作用，下

4、端受到土体的嵌固支承作用。计算支撑内力时，采用等值梁法计算，为简化计算，常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所示：土体摩擦角10°15°20°25°30°35°修正系数K1.21.41.61.71.82.0表2.1 等值梁法被动土压力修正系数因为计算采用的土体内摩擦角为15.5°，所以修正系数取K=1.4本计算亦作出如下假设：1）.假设计算时取1m宽单

5、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）.本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。3、基坑内支护计算3.1、支撑层数及间距根据现场施工需要和工程经济性，确定采用三层支撑，第一层h1=1.2m，支撑标高+1.3m；第二层支撑h2=2m，支撑标高-0.7m。第三层支撑高度h3=4m，支撑标高为-4.7m。图3.1 钢板桩受力分析图（供参考）3.2、支撑及钢板桩受力计算主动土压力系数 Ka=tan²

6、(45°-/2)= tan²(45°-15.5°/2)= 0.578被动土压力系数 Kp=Ktan²(45°+/2)=1.4×tan2(45°+15.5°/2)=2.421工况一：安装第一层支撑后基坑内土体开挖至-0.7m（第二层支撑标高），则地面到基坑底距离为3.2m。1、主动土压力：Pa=qKa+zKaz=0m Pa=20×0.578+16.3×0×0.578=11.56KN/m2z=3.2m（地面到基坑底距离） Pa=20×0.578+16.3×3.

7、2×0.578=41.71KN/m22、被动土压力：z=3.2m(地面到基坑底距离) Pp=16.3×（3.2-3.2）×2.421=0KN/m2z=17.2m(地面到钢板桩底距离) Pp=16.3×（17.2-3.2）×2.421=552.5KN/m23、计算反弯点位置：假定钢板桩上土压力强度为零的点为反弯点，则有：Pa=PpPa=20×0.578+16.3×z×0.578=Pp=16.5×(z-3.2)×2.421z=4.59m4、等值梁法计算内力：钢板桩简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各

8、支点和跨中的弯矩，从中求出最大弯矩Mmax，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力Rb、Rc，Rb即为作用在第一层支撑上的荷载。 图3.2等值梁计算图式求得：Rb=74.4KN/m；Rc=38.7KN/m；弯矩最大处为：Mmax=41.5KN/m³工况二：安装第二层支撑后基坑开挖至-1.7m（第二层支撑往下1m），则地面到基坑底距离为4.2m。1、主动土压力：z=0m Pa=20×0.578+16.3×0×0.578=11.56KN/m2z=4.2m Pa=20×0.578+16.3×4.2×0.578=41.05KN/m22、

9、被动土压力：z=4.2m Pp=zKp=16.3×(4.2 -4.2)×2.421=0KN/m2z=17.2m Pp=zKp=16.3×(17.2-4.2)×2.421=513KN/m2 3、计算反弯点：Pa=Pp假定钢板桩上土压力强度为零的点为反弯点，则有：Pa=PpPa=20×0.578+16.3×z×0.578=Pp=16.3×(z-4.2)×2.421求得：z=5.90 m 4、等值梁法计算内力钢板桩简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩，从中求出最大弯矩Mmax，以验算钢板桩截面；

10、并求出各支点反力Rb、Rc、Rd，Rb、Rc即为作用在第一层、第二层支撑上的荷载。图3.3等值梁计算图式求得：Rb=42.0KN/m；Rc=105.0KN/m；Rd=25.0KN/m弯矩最大处为：Mmax=24.5KN/m³工况三：安装第三层支撑后基坑开挖至-5.9m。1、主动土压力：z=0m Pa=20×0.578+16.3×0×0.578=11.56KN/m2z=8.4m Pa=20×0.578+16.3×8.4×0.578=90.7N/m2z=17.2m Pa=20×0.578+16.3×17.2&

11、#215;0.578=173.6KN/m22、被动土压力：z=8.4m Pp=zKp=16.3×(8.4-8.4)×2.421=0KN/m2z=17.2m Pp=zKp=16.3×(17.2-8.4)×2.421=347.3KN/m2 3、计算反弯点：Pa=Pp假定钢板桩上土压力强度为零的点为反弯点，则有：Pa=PpPa=20×0.578+16.3×z×0.578=Pp=16.3×(z-8.4)×2.421求得：z=11.42m 4、等值梁法计算内力钢板桩简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各支点和跨中的弯

12、矩，从中求出最大弯矩Mmax，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力Rb、Rc、Rd，Rb、Rc 、Rd即为作用在第一层、第二层和第三层支撑上的荷载。图3.4等值梁计算图式求得：Rb=33.3KN/m；Rc=137.1KN/m；Rd=331.5KN/m；Rf=57.4KN/m； 弯矩最大处为：M=122.6KN/m³图3.5钢板桩剪力及弯矩图3.3、钢板桩强度校核由上述计算分析可知，钢板桩受弯矩最大时为工况三。此时钢板桩受最大弯矩122.6KN/m³。钢板桩暂设拉森400×170 U型钢板桩，W=2270cm3，有效宽度为400mm，=200MPa。则钢板桩最大应力为

13、：max=Mmax/W=122.6×0.4×10-3÷（2270×10-6）=21.60MPa<=200MPa即钢板桩强度符合要求。3.4、支撑围檁强度校核根据上述计算可知，在工况三情况下，第三层围檁受力最大。现计算第三层整个围檁结构的受力情况，以验算围檁的强度是否足够。图3.7围檁及支撑布置图根据上图用ansys对围檁及支撑进行建模，围檁及支撑的材料都为HW400型钢，q= Rd=331.5KN/m，最终围檁及支撑材料的应力结果如下图：图3.8 围檁及支撑应力图围檁及支撑的最大应力为352.378MP>=188MPa，不满足规范要求围檁及支

14、撑修正：根据上述计算，围檁及支撑不符合强度要求，但我们知道，上述的计算有两个基本假设，1、钢板桩为刚性固体，不会发生位移。2、围檁是自由约束，其最终挠度的大小与钢板桩无关。但实际上，围檁焊接于钢板桩中，当围檁位移过大时，钢板桩会限制其位移，达到保护围檁的作用。根据钢板桩强度的校核可知，钢板桩的最大应力只有21.60MPa，远远小于其屈服强度200MPa。现通过反算法，计算围檁可承受的最大压力，钢板桩受到此压力支撑情况下，钢板桩的稳定性及强度是否足够。1）、当q=130KN/m（及第三层围檁每1m受力130KN）时，围檁及支撑受力如下：图3.9 修正后围檁及支撑应力图围檁及支撑的最大应力为169

15、.42MP<=188MPa，满足规范要求2）、此时，第二层围檁及第三层围檁各提供给钢板桩的最大约束力为130KN/m（即Rc和Rd等于130KN），钢板桩的受力分析如下：图3.10 等值梁计算简图求得：Rb=125.5KN/mRf=179.8KN/m最大弯矩为Mmax=426.8KN/m。钢板桩最大应力为：max=Mmax/W=426.8×0.4×10-3÷（2270×10-6）=75.21MP<=200MPa即钢板桩强度符合要求。图3.11 弯矩及剪力图因此，如果适当调整支撑的应力，增大钢板桩的自身的挠度，那么围檁和支撑是可以满足现场施工要

16、求的。3.5、围檁及支撑稳定性校核由应力图可知，前排钢板桩围檁中间段跨度大，应力强。其出现的破坏的可能性也最大，现对其稳定性进行校核，看是否符合相关规范要求。长细比为：=89，查得折减系数=0.628式中：A：为H钢截面面积，A=219.5cm²；I ：横截面惯性矩，I=22400 cm4；l ：跨距长，l=8.934m（计算过程中按9m计算）；=1.0(按两端铰接考虑)；中排钢板桩围檁中间段的应力计算如下:根据ansys计算，查询围檁中间段的应力为：压应力： c =35.756MPa弯曲应力：m =85.601Pa 则：c/+m=35.756÷0.628+85.601=1

17、42.537<=188MPa式中：N：为围檁受到的压力；A：为围檁的截面积；M：为围檁受到的弯矩；W：为围檁抗弯模数；综上计算可知，围檁的稳定性满足施工要求3.6、后排钢板桩对拉钢丝绳强度计算后排钢板桩宽10.7m，由于场地布置限制，无法对围檁进行内支撑加固。现计划在钢板桩南部施打两根H钢，然后用4条钢丝绳将H钢和钢板桩对拉起来，以加固钢板桩。具体布置请参见图1.1 干施工区域布置图。现通过计算，分析钢丝绳的受力情况。在实际过程中，后排钢板桩受到的支护约束形式较为复杂，它受到东排钢板桩三层围檁对其约束力、钢丝绳约束力和东边贴住CDM排钢板桩围檁对其的约束力等。其中东排钢板桩和东边贴住CD

18、M那排钢板桩对其的约束力较为复杂，不好统计计算。现通过经验预估东侧钢板桩每一层围檁对后排钢板桩提供一个300KN的约束力。东边贴住CDM那排钢板每层围檁对后排钢板桩提供一个500KN的约束力（包括斜支撑）。为了简化，将第二层及第三层钢板桩的约束力看作是对第一层集中的约束力。则后排钢板桩受到其两侧钢板桩可提供的约束力为：F约束力=3×300KN+3×500KN=2400KN1）、利用等值梁法计算后排钢板桩第一层围檁受力情况计算反弯点：Pa=Pp 假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，则有：Pa=PpPa=20×0.578+16.3×z×0.578=

19、Pp=16.3×(z-8.4)×2.421求得：z=11.42m2）、等值梁法计算内力钢板桩AE段简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩，从中求出最大弯矩Mmax，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力Rb、Rc即为作用在第一层支撑上的荷载。图3.12等值梁计算简图根据计算求解得：Rb=283.8KN/mRc=281.6KN/mMmax=835.2KN/m图3.13 钢板桩载荷剪力图钢板桩最大应力为：max=Mmax/W=835.2×0.4×10-3÷（2270×10-6）=147.17MP<=200MPa即钢板桩强度

20、符合要求。3）、因为后排钢板桩的宽度为10.7m，围檁在钢板桩作用力、钢丝绳拉力、两侧钢板桩围檁作用力下达到平衡，由力的平衡原理计算钢丝绳的受力大小为4×F钢丝绳+ F约束力=10.7×Rb代入数字： 4×F钢丝绳+ 2400= 10.7×283.8求得：F钢丝绳=159.165KN查表得：28mm的钢丝绳破断力为F破=386KN>159.165KN即钢丝绳的强度符合要求3.7、钢板桩最小入土深度计算钢板桩入土深度主要受两个因素的影响，一是竖向不产生管涌，二是基底土体横向不产生侧移。根据盾恩计算法计算多支撑钢板桩最小入土深度（Kp-Ka）x2-Ka

21、Hx-KaHL3=0代入数字：（2.421-0.578）x2-0.578×7.2x-0.578×7.2×1.2=0解得：x3.13m8.8m即最小入土深度符合要求。式中：Ka，Kp主动土压力系数，被动土压力系数x最小入土深度H地面至最后一层支撑的距离L3最后一层支撑距坑底距离4、前排钢板桩验算1、计算反弯点位置：假定钢板桩上土压力强度为零的点为反弯点，则有：Pa=PpPa=12.4×z×0.578=Pp=12.4×(z-8.7)×2.421z=10.24m2、等值梁法计算内力：钢板桩简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩，从中求出最大弯矩Mmax，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力Rb、Rd，Rb即为作用在第一层支撑上的荷载。图4.1等值梁计算图式求得：Rb=19