临时结构工程计算书

临时工程计算书范本（一）

临近既有线基坑防护桩计算书

XXXX集团有限公司技术开发部

2021年8月

临近既有线基坑防护桩计算书

目录

1工程概况................................................................4

2计算目标................................................................5

3♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦.♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦.♦♦♦♦♦6

4计算理论及方法..........................................................6

5计算参数取值............................................................6

5.1计算荷载..........................................................6

5.2安全系数..........................................................7

6计算分析................................................................7

6.1计算模型..........................................................7

6.2计算过程及计算结果分析............................................8

6.2.1主动土压力计算.................................................8

主、被动土压力系数计算....................................8

支护桩顶部土体附加竖向应力计算...........................8

列车荷载附加竖向应力计算.................................10

土的自重产生的竖向应力..................................11

土中竖向应力标准值.......................................12

支护桩承受主动土压力计算.................................13

6.2.2被动土压力计算................................................13

土中竖向应力标准值.......................................13

被动土压力计算...........................................14

6.2.3土压力图......................................................15

6.2.4土压力合力及作用位置计算......................................15

6.2.5嵌固稳定性验算................................................16

6.2.6整体滑动稳定性验算............................................17

附加应力计算.............................................18

土体自重荷载计算........................................21

2

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孔隙水压力计算..........................................22

土体粘度及内摩擦角......................................22

整体稳定性系数..........................................23

6.2.7支护桩内力计算...............................................23

6.2.8配筋计算.....................................................24

6.2.9抗隆起验算...................................................26

6.2.10抗管涌验算..................................................26

3

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1工程概况

既有四里河中桥属于合福铁路合蚌联络线改专用线，为单线铁路桥。新建四里河桥

位于既有四里河中桥的左侧，其中3#桥桩临近既有线，为确保基坑开挖后既有线的安

全，拟采用8根C25钢筋混凝土人工挖孔桩作防护桩，防护桩与既有铁路位置关系如

图1-1所示。3#桥台基础平面尺寸为7.5X5.3m,基础底面标高为11.807m,原地面

株悬j为18.807m。

改建18k专用线

福州台

3.8nl

(1)平面图

4

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・土层参数

7R

.素填土：

,y=19.IkN/

力=20.0°

c=20kPa

粘性土：

Y=20.5kN/

*=31.0°

c=40kPa

（2）断面图

图1防护桩与既有铁路位置关系图

根据中铁第四勘察设计院设计院提供的地质钻探报告，该处土层分为两层：素填土

和粘土层。素填土层厚度为10m,容重为19.1kN/m3,内摩擦角为20°,粘聚力为20

kPa；粘土层厚度为10m,容重为20.5kN/m3,内摩擦角为31°,粘聚力为40kPa。地

下水位位于原地面以下4.0m处。

2计算目标

本计算的计算目标为：

（1）确定桩的主动土压力和被动土压力；

（2）确定土压力合力和作用位置并进一步得出土压力图；

（3）验算桩的嵌固稳定性；

（4）验算桩的整体滑动稳定性；

（5）得出支护桩的内力并进行配筋计算；

（6）验算桩的抗隆起和抗管涌。

5

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3计算依据

本计算的计算依据如下：

I《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)；

P《建筑结构荷载规范》(GB5009-2006)；

[3]《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)；

[4]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)

[5]高大钊，《土质学与土力学》.第3版.北京:人民交通出版社,2008；

[6]孙训方，《材料力学》.第5版.北京.高等教育出版社,2009；

[7]杜正国，《结构力学》.成都:西南交通大学出版社,2006；

[8]张克恭，《土力学》.北京:中国建筑工业出版社,2005;

[9]刘国彬，《基坑工程手册》(第二版).北京:中国建筑工业出版社,2009；

[10]《赔建十八公里专用线四里河中桥》(中铁第四勘察设计院)；

4计算理论及方法

本计算主要依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)、《建筑结构荷载规范》

(GB5009-2006)＞《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)＞《混凝土结构设计规范》

(GB50010-2010)等规范中的相关规定，并结合必要的文献调研，通过手动计算完成。

5计算参数取值

5.1计算荷载

。土压力：详见6.2节“计算过程及计算结果分析”。

2列车荷载：合蚌联络线为I级铁路，速度120km/hWVW160km/h,据《铁

路路基设计规范》TB10001-2005中附录A表A“列车和轨道荷载换算土柱高度及分布

宽度”可知，其列车荷载强度为60.2kPa,作用宽度为3.7m,且距防护排桩外壁距离为

2.64m。

B支护结构顶部土体荷载：详见6.2节“计算过程及计算结果分析”。

4施工荷载：基坑靠近既有线侧禁止堆放材料和停靠机械设备，故不考虑施工

荷载。

6

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5.2安全系数

(1)荷载分项系数：1.25。据《建筑基坑支护技术规程》中第3.1.6条规定，防护

排桩按承载能力极限状态进行设计，作用基本组合的综合分项系数采用1.25。

②结构重要性系数：1.1。据《建筑基坑支护技术规程》中第3.1.3条规定，支护

结构安全等级为一级，则结构重要性系数采用l.lo

③嵌固稳定系数：1.25。据《建筑基坑支护技术规程》中第4.2.1条规定，支护

结构安全等级为一级，则嵌固稳定系数采用125。

④圆弧滑动安全系数：1.35。据《建筑基坑支护技术规程》中第4.2.3条规定，

支护结构安全等级为一级，则圆弧滑动安全系数采用1.35。

⑤抗倾覆稳定系数：1.25。取值与嵌固稳定系数相同。

(6)抗管涌安全系数：1.60。据《建筑基坑支护技术规程》中第C.0.2条规定，支

护结构安全等级为一级，抗管涌安全系数采用1.60。

6计算分析

6.1计算模型

图2计算模型图

7

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本基坑防护桩计算模型如图2所示，图中A—F点为计算土压力特征点。桥台基础

中心与既有铁路中心线间距10.0m,防护桩直径1.5m,桩间距为2.0m,基坑开挖深度

为7.0m。

6.2计算过程及计算结果分析

6.2.1主动土压力计算

主、被动土压力系数计算

主、被动土压力系数可以分别由式(1)和式(2)求得：

2

Ki=tan(45°-^)⑴

^.=tan2(45°+^)(2)

式中：K,“,K”一为第，层土主、被动土压力系数；

〃一第/层土内摩擦角(。)。

将土层参数(如图1-2所示)代入公式⑴和公式(2)可以得到不同土层的主、被

动土压力系数：

20°

K=tan2(45°---)=0.49

司2

31。

K=tat?(45°-一)=0.32

.2

K=tan2(45°+—)=2.04

川2

31。

K=tan2(45°+^—)=3.12

"22

支护桩顶部土体附加竖向应力计算

防护桩外侧2.64m范围内为既有铁路路基边坡，按《建筑基坑支护技术规程》中第

3.4.8条规定，将其视作附加荷载计算土中附加竖向应力标准值：

在AB范围内：

__y儿出、E..(a+b,-z)

g6一丁(z“-a)+2ki由了a(3)

012a,2c2

Eak^-yh.Ka-2ch^+—⑷

，Y

8

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在BF范围内:

⑸

式中：z.一支护结构顶面至土中附加竖向应力计算点的竖向距离(m)；

。一支护结构外边缘至放坡坡脚的水平距离(m)；

,一放坡坡面的水平尺寸(m)；

々一地面至支护结构顶面的竖向距离(m)；

7一支护结构顶面以上土的重度(kN/m3)；多层土按各层土厚度的加权平均值取

值；

c一支护结构顶面以上土的粘聚力(kPa)；

月一支护结构顶面以上土层的主动土压力系数，多层土按各层土厚度的加权平

均值取值；

场对一支护结构顶面以上土层所产生的主动土压力的标准值(kN/m)。

由公式(4)计算可得：

122c2

E#i=7/匕一2chi+---

2y

=1x19.1x12x0.49-2x20xlx而瓦+ZS型

219.1

=18.56(kN/m)

代入公式(3)可得：

,E(a+h-zJ

以^产彳⑵-。)+一akt而一

19.1x1”“八、18.56x(0+2.64—2.64)

=------(2.64-0)+----------------

2.6418.56x2.642

=19.1(kPa)

由公式(5)可得：

®bk，B-F=yh[=19.1x1=19.1(kPa)

故计算所得支护桩顶部土体产生的附加竖向应力值为19.1kPa(如图3所示)。

9

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60.2kPa

土层参数

处(///17n~T

屈

2.64

寸■

9-

7,Y/

j3-4.Om1/,素填土：Y=19.lkN/n)3

^―

o“二20.0°

c=20kPa

-8.Om

^7777777^

△ok=19.IkPa

E2

DI

粘性土：Y=20.5kN/m3

6=31.0°

c=40kPa

F

图3支护桩顶部土体附加竖向应力计算结果示意图

列车荷载附加竖向应力计算

按《建筑基坑支护技术规程》中第3.4.7条规定，列车荷载可作为局部附加荷载,

其作用范围为C-D之间（如图4所示），附加竖向应力标准值计算公式如下:

(6)

式中：Po为列车换算荷载；b为列车荷载宽度，a为列车荷载距防护桩距离。

列车荷载附加竖向应力计算结果为（如图4所示）：

p.h60.2x3.7—c八C、

0cr=，（＞}=---------=24.8（kPa）

k-Bb+2a3.7+2x2.64

1()

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60.2kPa

lUlUUllIl土层参数

F〃/幺〃/个才.

/

-rG二一

0m

BJZ4.素填土：Y=19.lkN/m3

6=20.0°

/

/c=20kPa

/

/

-8.0m./

ZWG/

△ok=2'/8kPaz

/

/

/-

I-/

/

tD

粘性土：Y=20.5kN/m3

6=31.0°

c=40kPa

F

图4列车荷载附加竖向应力图（单位：m）

土的自重产生的竖向应力

土的自重产生的竖向总应力采用水土合算法，地下水位以下土体采用饱和重度，饱

和重度近似于自然重度。

土的自重应力计算公式为：

。戊=工，也⑺

式中：b〃,一支护桩外侧土的自重产生的竖向总应力（kPa）；

%—第i层土重度；

一第，层土厚度。

计算结果如下（如图5所示）：

A点：b%A=°

E点：4,E=19.1x9=171.9（kPa）

11

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F点：cr«,F=19.1x9+20.5X6=294.9(kPa)

60.2kPa

.nuimih图层参数

...---7777^777(j刁

AL

2.64

c

B/|素填土：y=19.lkN/m3

6=20.0°

c=20kPa

-8.0m

孽露切破力G

=171.9kPa

E3ch

D

粘性土：y=20.5kN/m3

6=31.0°

c=40kPa

=294.9kPa

FacJ;

图5土体自重产生竖向应力（单位：m）

土中竖向应力标准值

土中竖向应力标准值可以按照公式（8）进行计算。

(8)

式中：。“一支护结构外侧计算点处由土的自重产生的竖向总应力(kPa)；

区b“一支护结构外侧第j个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准

值(kPa)。

计算结果如下：

A点：o-akA=0

C点：Gy=31.3+11.9+24.8=68.0(kPa)

B点:b«k.B=50.4+19.1+24.8=94.3(kPa)

G点:%G=133+19.1+24.8=176.9(kPa)

E点:=171.9+19.1+24.8=215.8(kPa)

D点：(yukD=199.6+19.1+24.8=243.5(kPa)

F点:aak<E=294.9+19.1=314(kPa)

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支护桩承受主动土压力计算

支护桩承受的土体自重和附加荷载产生的侧向主动土压力可以按照公式(9)进行

计算。

Pak=^ak^a,i~<J^a,i

*(9)

式中：0“一支护结构外侧，第，・层土中计算点的主动土压力强度标准值(kPa)；当

2*<0时，取4=。；

°“一支护结构外侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa)；

K""一第i层土的主动土压力系数；

%—第i层土的粘聚力(kPa)o

计算结果如下：

A点：4,=°一2x20x的.49=-28<0,取4=0

C点：puA,c=68x0.49-2x20xV049=5.32(kPa)

B点：pakR=94.3x0.49-2x20x7(149=18.21(kPa)

G点：pukG=176.9x0.49-2x20x75^=58.68(kPa)

E点上：pakE[.=215.8x0.49-2x20x氏国=77.74(kPa)

E点下：=215.8x0.32-2x40xV032=23.8(kPa)

D点：p„,o=243.5x0.32-2x40x7032=32.67(kPa)

F点：夕成,=314x0.32—2x40x7032=55.23(kPa)

6.2.2被动土压力计算

土中竖向应力标准值

土的自重产生的竖向总应力采用水土合算法，地下水位以下土体采用饱和重度，饱

和重度近似于自然重度。

土的竖向应力标准值可由公式(10)计算得出：

Opk=bpc=Em(10)

f=l

式中：吟,一支护桩内侧土的自重产生的竖向总应力(kPa)；

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力—第i层土重度；

九一第i层土厚度。

计算结果如下(如图6所示)：

G点：＜7pk,G=°

E点:0＞方=19.1x2=38.2(kPa)

F点：(T「kF=38.2+20.5x6=161.2(kPa)

60.2kPa

..........图....层....参数

4A素填土：y=19.lkN/m3

6=20.0°

c=20kPa

-8.0m（、

0^,6=171.9kPa

。卬E=38.2kPa

D

粘性土:y=20.5kN/m3

6=31.0°

c=40kPa

opcF=16l.2kPa

图6土体自重产生的竖向应力图(单位：m)

被动土压力计算

支护桩在基坑内侧承受土体自重产生的侧向被动土压力可由公式(11)计算得出：

夕/也二(11)

式中：夕八一支护结构外侧第，层土中计算点的被动土压力强度标准值(kPa)；

°区一支护结构内侧计算点的土中竖向应力标准值(kPa)；

K“一第，层土的主动土压力系数；

%—第i层土的粘聚力(kPa)o

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计算结果如下:

G点：ppk,G=0+2X20XJ2.04=57.13(kPa)

E点上：。水方上=38.2x2.04+2x20x7^04=135.06(kPa)

E点下：ppk,E下=38.2x3.12+2x40x7^=260.49(kPa)

F点：ppkF=161.2x3.12+2x40xVm=573.6(kPa)

6.2.3土压力图

综合前面两小节的计算结果，所得主、被动土压力如图7所示，图中右边部分为基

坑外侧，对基坑防护桩产生主动土压力强度，右侧部分为基坑内底面下土体，在防护桩

发生位移过程中对防护桩产生的被动土压力强度。

图7主、被动土压力图(单位：kPa)

6.2.4土压力合力及作用位置计算

主动土压力合力：

EA=0.5x1.64x5.32+5.32xl+0.5xlxl2.89+18.21x4.32

+0.5x4.32x40.47+58.68x2+0.5x2x19.06+23.8x1.35

+0.5x1.35x8.87+32.67x4.65+0.5x4.65x22.65

=561.32(kN/m)

合力EA作用点距防护桩底高度为：

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C|=1/561.32X(4.36xl3.91+5.32xl2.86+6.45xl2.69

+79.4xlO.18+88.23x9.45+117.36x7+19.06x6.67

+31.27x5.34+5.83x5.13+152.48x2.34+52.86x1.56)

=6.12(m)

被动土压力合力：

Ep=57.13X2+0.5X2X77.93+260.49X6+0.5X6X313.il=2694.46(kN/m)

合力Ep作用点距防护桩底高度为：

C2=1/2694.5X(114.26X7+77.93X6.67+1563X3+939.3X2)=2.93(m)

土压力合力及作用位置如图8所示，其中两个集中力是根据以上计算将主被动土

压力强度简化为两个集中荷载，即主被动土压力，并根据等效作用原理得出其作用点的

位置。

图8主、被动土压力合力图（单位：m）

6.2.5嵌固稳定性验算

悬臂式支挡结构的嵌固深度应符合下列嵌固稳定性的要求：

Ea

pkV'>K（12）

Ea,kal

式中：K,一嵌固稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的悬臂式支挡结构，K,分

别不应小于1.25、1.2、1.15；

%k、Epk一基坑外侧主动土压力、内侧被动土压力合力的标准值（kN）；

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知、api__基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至挡土构件底端的

距离(m)o

由公式(12)计算所得：=269446.丝2,93=2.30〉].25,嵌固稳定性满足规范

Eakaal561.32x6.12

要求。

6.2.6整体滑动稳定性验算

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中第423节所述，基坑的整体稳定

性验算可采用圆弧滑动条分法进行验算，其整体稳定性应符合下列规定：

min{/<s,1,KS.2,...KS.I...}>KS(13)

K_Z{cj+}cos%一%/j]tan也(U)

S，2(他+甑)sin%

式中：K一圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结

构，K分别不应小于1.35、1.3、1.25；

砥.,一第，•个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之比

的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定；

q—第/土条滑弧面处土的粘聚力(kPa),按上述规程第3.1.14条的规定取值；

%一第/土条滑弧面处土的内摩擦角(。)，按上述规程第3.1.14条的规定取值；

bj—第/土条的宽度(m)；

©一第/土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(。)；

力•一第/土条的滑弧段长度(m)；

3一作用在第/土条上的附加分布荷载标准值(kPa)；

△G—第/土条的自重(kN/m),按天然重度计算；

均一第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)；基坑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=ywhwa.j,在基坑

内侧，可取uj=ywhwa.r,在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取烤

=0；Yw为地下水重度(kN/m3)；儿“j为基坑外地下水位至第/土条滑弧面

中点的垂直距离(m)；hwp,j为基坑内地下水位至第j土条滑弧面中点的垂

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直距离(m)；

如图9所示，采用36。法确定滑动面的圆心。取01~0i的一系列圆心，分别计算其

整体稳定性，取其最小值与安全系数相比较，现以圆心03为例，将其划分为18个土条，

验算其整体稳定性。

附加应力计算

根据《土力学》.北京:中国建筑工业出版社,2005.第3.4.3节所述，均布的条形荷载

作用下地基的附加应力可由公式(15)求得：

Q=«vzA)(15)

式中：/一地基某点附加应力，即为如

po—均布荷载大小，为60.2kN/m；

4z—均布条形荷载下的附加应力系数；其中为m=四与〃="8的函数，其中z

为地基某点的深度，x为该点到条形基础中心的水平距离，B为条形基础的

宽度，查询《土力学》.北京:中国建筑工业出版社,2005.表1得服的值。

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表1均布条形荷载下的附加应力系数

x/b

z/b0.000.250.50

OszOlsxzaxCtsxzClsxz

asxaszSaszasx

0.001.001.0001.001.0000.500.500.32

0.250.960.4500.900.390.130.500.350.30

0.500.820.1800.740.190.160.480.230.26

0.750.670.0800.610.100.130.450.140.20

1.000.550.0400.510.050.100.410.090.16

1.250.460.0200.440.030.070.370.060.12

1.500.400.0100.380.020.060.330.040.10

1.750.35—00.340.010.040.300.030.08

2.000.31—00.31—0.030.280.020.06

3.000.21一00.21一0.020.200.010.03

4.000.16一00.16—0.010.15—0.02

5.000.13一00.13——0.12一一

6.000.11—00.10——0.10—一

x/b

z/b0.000.250.50

Osx

OszasxCtsxzaszOtsxzOlszOsxClsxz

0.00000000000

0.250.020.170.050.000.070.0100.040

0.500.080.210.130.020.120.0400.070.02

0.750.150.220.160.040.140.070.020.100.04

1.000.190.150.160.070.140.100.030.130.05

1.250.200.110.140.100.120.100.040.110.07

1.500.210.080.130.110.100.100.060.100.07

1.750.210.060.110.130.090.100.070.090.08

2.000.200.050.100.140.070.100.080.080.08

3.000.170.020.060.130.030.070.100.040.07

19

临近既有线基坑防护桩计算书

4.000.140.010.030.120.020.050.100.030.05

5.000.12——0.11——0.09——

6.000.10——0.10———一一

计算结果如表2所示:

表2土条附加荷载计算表

土条计算值

编号x/mz/mB/mnmaszoz/kPa

111.532.343.73.120.6300

29.816.023.72.651.6300

37.778.93.72.12.410.084.816

45.4611.233.71.483.040.137.826

53.1512.963.70.853.50.159.03

61.1814.093.70.323.810.1710.234

70.8514.993.70.234.050.169.632

83.1715.213.70.864.110.148.428

9\\3.7\\\\

10\\3.7\\\\

11\\3.7\\\\

12\\3.7\\\\

13\\3.7\\\\

14\\3.7\\\\

15\\3.7\\\\

16\\3.7\\\\

17\\3.7\\\\

18\\3.7\\\\

注：9-18号土条因为在基坑内，所以不考虑均布荷载产生的附加荷载。

20

临近既有线基坑防护桩计算书

土体自重荷载计算

本例中共有2种土体，需分别进行计算然后叠加，采用CAD截取土条截面信息,

然后计算，计算结果如表3所示：

表3土体自重荷载计算表

计算值

土条素填土层粘土层

总土重G

编号重度yA面积SA重度面积SB

(kN/m3)

(kN/m3)(m2)(kN/m3)(m2)

119.12.7320.5052.14

219.112.1520.50232.07

319.117.6220.50336.54

419.126.1720.52.97560.73

519.12020.55.85501.93

619.12020.56.15508.08

719.12020.59.92585.36

819.125.0820.514.96785.71

919.13.5820.510.97293.26

1019.1420.512.59334.50

1119.1420.512.5332.65

1219.1420.512.21326.71

1319.1420.511.43310.72

1419.1420.510.23286.12

1519.1420.58.58252.29

1619.142