钢板桩支护计算书全套

钢板桩支护计算书计算依据：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》6、《钢板桩》JG/T196-2018一、参数信息1、基本参数支护桩材料钢板桩支护桩嵌入土深度ld(m)7.5基坑开挖深度h(m)4.5基坑外侧水位深度ha(m)1.5基坑内侧水位深度hp(m)1支护桩是否设置支撑是基坑形状矩形基坑支撑工作面高度y(m)32、支撑高度位置参数支撑道数各道支撑距基坑顶部距离S(m)10.53、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度γ(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角φ(°)饱和土重度γsat(kN/m3)水土分算填土2.618.421.913.324.288否淤泥质二5.717.714.510.925.31否粘性土12.719.118.518.224.63否4、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l(m)作用深度d(m)矩形局部荷载201.54.544.805、计算系数结构重要性系数γ01.1综合分项系数γF1.25嵌固稳定安全系数Ke1.2总体示意图土压力分布示意图附加荷载布置图二、根据实际嵌固深度计算支护桩稳定性1、主动土压力计算1）主动土压力系数Ka1=tan2(45°-φ1/2）=tan2(45-13.3/2)=0.626；Ka2=tan2(45°-φ2/2）=tan2(45-13.3/2)=0.626；Ka3=tan2(45°-φ3/2）=tan2(45-10.9/2)=0.682；Ka4=tan2(45°-φ4/2）=tan2(45-18.2/2)=0.524；Ka5=tan2(45°-φ5/2）=tan2(45-18.2/2)=0.524；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0-1.5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/18.4=0mPak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=18.4×0×0.626-2×21.9×0.6260.5=-34.653kN/m2Pak1下=γ1(h1+H1')Ka1-2c1Ka10.5=18.4×(1.5+0)×0.626-2×21.9×0.6260.5=-17.377kN/m2第2层土：1.5-2.6mH2'=[∑γ1h1]/γsati=[27.6]/24.288=1.136mPak2上=γsat2H2'Ka2-2c2Ka20.5=24.288×1.136×0.626-2×21.9×0.6260.5=-17.377kN/m2Pak2下=γsat2(h2+H2')Ka2-2c2Ka20.5=24.288×(1.1+1.136)×0.626-2×21.9×0.6260.5=-0.654kN/m2第3层土：2.6-8.3mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[54.317]/25.31=2.146mPak3上=γsat3H3'Ka3-2c3Ka30.5=25.31×2.146×0.682-2×14.5×0.6820.5=13.093kN/m2Pak3下=γsat3(h3+H3')Ka3-2c3Ka30.5=25.31×(5.7+2.146)×0.682-2×14.5×0.6820.5=111.476kN/m2第4层土：8.3-9mH4'=[∑γ3h3]/γsati=[198.584]/24.63=8.063mPak4上=γsat4H4'Ka4-2c4Ka40.5=24.63×8.063×0.524-2×18.5×0.5240.5=77.275kN/m2Pak4下=γsat4(h4+H4')Ka4-2c4Ka40.5=24.63×(0.7+8.063)×0.524-2×18.5×0.5240.5=86.309kN/m2第5层土：9-12mH5'=[∑γ4h4]/γsati=[215.825]/24.63=8.763mPak5上=γsat5H5'Ka5-2c5Ka50.5=24.63×8.763×0.524-2×18.5×0.5240.5=86.309kN/m2Pak5下=γsat5(h5+H5')Ka5-2c5Ka50.5=24.63×(3+8.763)×0.524-2×18.5×0.5240.5=125.027kN/m23）水平荷载临界深度：Z0=2.6m第1层土Eak1=0kN；第2层土Eak2=0kN；第3层土Eak3=h3(Pak3上+Pak3下)ba/2=5.7×(13.093+111.476)×1/2=355.022kN；aa3=h3(2Pak3上+Pak3下)/(3Pak3上+3Pak3下)+∑h4=5.7×(2×13.093+111.476)/(3×13.093+3×111.476)+3.7=5.8m；第4层土Eak4=h4(Pak4上+Pak4下)ba/2=0.7×(77.275+86.309)×1/2=57.254kN；aa4=h4(2Pak4上+Pak4下)/(3Pak4上+3Pak4下)+∑h5=0.7×(2×77.275+86.309)/(3×77.275+3×86.309)+3=3.344m；第5层土Eak5=h5(Pak5上+Pak5下)ba/2=3×(86.309+125.027)×1/2=317.004kN；aa5=h5(2Pak5上+Pak5下)/(3Pak5上+3Pak5下)=3×(2×86.309+125.027)/(3×86.309+3×125.027)=1.408m；土压力合力：Eak=ΣEaki=0+0+355.022+57.254+317.004=729.281kN；合力作用点：aa=Σ(aaiEaki)/Eak=(0×0+0×0+5.8×355.022+3.344×57.254+1.408×317.004)/729.281=3.698m；2、被动土压力计算1）被动土压力系数Kp1=tan2(45°+φ1/2）=tan2(45+10.9/2)=1.466；Kp2=tan2(45°+φ2/2）=tan2(45+10.9/2)=1.466；Kp3=tan2(45°+φ3/2）=tan2(45+18.2/2)=1.908；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：4.5-5.5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/17.7=0mPpk1上=γ1H1'Kp1+2c1Kp10.5=17.7×0×1.466+2×14.5×1.4660.5=35.117kN/m2Ppk1下=γ1(h1+H1')Kp1+2c1Kp10.5=17.7×(1+0)×1.466+2×14.5×1.4660.5=61.072kN/m2第2层土：5.5-8.3mH2'=[∑γ1h1]/γsati=[17.7]/25.31=0.699mPpk2上=γsat2H2'Kp2+2c2Kp20.5=25.31×0.699×1.466+2×14.5×1.4660.5=61.072kN/m2Ppk2下=γsat2(h2+H2')Kp2+2c2Kp20.5=25.31×(2.8+0.699)×1.466+2×14.5×1.4660.5=164.992kN/m2第3层土：8.3-12mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[88.568]/24.63=3.596mPpk3上=γsat3H3'Kp3+2c3Kp30.5=24.63×3.596×1.908+2×18.5×1.9080.5=220.136kN/m2Ppk3下=γsat3(h3+H3')Kp3+2c3Kp30.5=24.63×(3.7+3.596)×1.908+2×18.5×1.9080.5=394.05kN/m23）水平荷载第1层土Epk1=bah1(Ppk1上+Ppk1下)/2=1×1×(35.117+61.072)/2=48.095kN；ap1=h1(2Ppk1上+Ppk1下)/(3Ppk1上+3Ppk1下)+∑h2=1×(2×35.117+61.072)/(3×35.117+3×61.072)+6.5=6.955m；第2层土Epk2=bah2(Ppk2上+Ppk2下)/2=1×2.8×(61.072+164.992)/2=316.49kN；ap2=h2(2Ppk2上+Ppk2下)/(3Ppk2上+3Ppk2下)+∑h3=2.8×(2×61.072+164.992)/(3×61.072+3×164.992)+3.7=4.885m；第3层土Epk3=bah3(Ppk3上+Ppk3下)/2=1×3.7×(220.136+394.05)/2=1136.244kN；ap3=h3(2Ppk3上+Ppk3下)/(3Ppk3上+3Ppk3下)=3.7×(2×220.136+394.05)/(3×220.136+3×394.05)=1.675m；土压力合力：Epk=ΣEpki=48.095+316.49+1136.244=1500.828kN；合力作用点：ap=Σ(apiEpki)/Epk=(6.955×48.095+4.885×316.49+1.675×1136.244)/1500.828=2.522m；3、嵌固稳定性验算参考《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，第4.2.2条被动土压力合力到桩底的距离ap1=ap=2.522m主动土压力合力到桩底的距离aa1=aa=3.698m被动土压力合力到支撑位置的距离ap2=h+ld-ap-s1=4.5+7.5-2.522-0.5=8.978m主动土压力合力到支撑位置的距离aa2=h+ld-aa-s1=4.5+7.5-3.698-0.5=7.802mEpkap2/(Eakaa2)=1500.828×8.978/(729.281×7.802)=2.368≥Ke=1.2满足要求！三、确定支护桩最小嵌固深度，并分析各工况下支护桩受力工况1：开挖至0.5+3=3.5m深度，支撑尚未施工，此处支护桩处于悬臂状态开挖工况图如下：工况1示意图1、计算嵌固深度确定要使板桩保持稳定，当前开挖工况下嵌固深度需满足主动土压力造成的弯矩、基坑内侧被动土压力造成的弯矩总和平衡，即ΣM=0;同时需满足《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012第4.2.7条，对悬臂式支护结构，嵌固深度不小于0.8倍的开挖深度。根据以上条件，通过试算法得到，计算嵌固深度为t=1.04m。1.04m深度以下土压力计算时不考虑。考虑嵌固稳定安全系数1.2后，并满足规范最小嵌固深度要求，当前开挖工况支护桩实际嵌固深度8.5m≥max(1.2×1.04，0.8×3.5)=2.8m当前工况支护桩嵌固深度满足要求！2、当前工况下计算嵌固深度范围内的土压力计算参考《规范》JGJ120-2012，计算支护桩结构时，只考虑弯矩平衡点以上部分（即：计算锚固深度范围内）的土压力，所以当前工况下只显示锚固深度为1.04m范围的土压力。1）主动土压力计算①主动土压力系数Ka1=tan2(45°-φ1/2）=tan2(45-13.3/2)=0.626；Ka2=tan2(45°-φ2/2）=tan2(45-13.3/2)=0.626；Ka3=tan2(45°-φ3/2）=tan2(45-10.9/2)=0.682；②土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0-1.5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/18.4=0mPak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=18.4×0×0.626-2×21.9×0.6260.5=-34.653kN/m2Pak1下=γ1(h1+H1')Ka1-2c1Ka10.5=18.4×(1.5+0)×0.626-2×21.9×0.6260.5=-17.377kN/m2第2层土：1.5-2.6mH2'=[∑γ1h1]/γsati=[27.6]/24.288=1.136mPak2上=γsat2H2'Ka2-2c2Ka20.5=24.288×1.136×0.626-2×21.9×0.6260.5=-17.377kN/m2Pak2下=γsat2(h2+H2')Ka2-2c2Ka20.5=24.288×(1.1+1.136)×0.626-2×21.9×0.6260.5=-0.654kN/m2第3层土：2.6-4.54mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[54.317]/25.31=2.146mPak3上=γsat3H3'Ka3-2c3Ka30.5=25.31×2.146×0.682-2×14.5×0.6820.5=13.093kN/m2Pak3下=γsat3(h3+H3')Ka3-2c3Ka30.5=25.31×(1.94+2.146)×0.682-2×14.5×0.6820.5=46.578kN/m22）被动土压力计算①被动土压力系数Kp1=tan2(45°+φ1/2）=tan2(45+10.9/2)=1.466；Kp2=tan2(45°+φ2/2）=tan2(45+10.9/2)=1.466；②土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：3.5-4.5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/17.7=0mPpk1上=γ1H1'Kp1+2c1Kp10.5=17.7×0×1.466+2×14.5×1.4660.5=35.117kN/m2Ppk1下=γ1(h1+H1')Kp1+2c1Kp10.5=17.7×(1+0)×1.466+2×14.5×1.4660.5=61.072kN/m2第2层土：4.5-4.54mH2'=[∑γ1h1]/γsati=[17.7]/25.31=0.699mPpk2上=γsat2H2'Kp2+2c2Kp20.5=25.31×0.699×1.466+2×14.5×1.4660.5=61.072kN/m2Ppk2下=γsat2(h2+H2')Kp2+2c2Kp20.5=25.31×(0.04+0.699)×1.466+2×14.5×1.4660.5=62.557kN/m23、支护桩受力分析沿基坑边每延米支护桩，不同的开挖深度主动土压力线荷载为：qak=Pak×1沿基坑边每延米支护桩，不同的开挖深度被动土压力线荷载为：qpk=Ppk×1支护桩计算简图如下：工况1支护桩计算简图弯矩图(kN·m)Mk=4.025kN·m剪力图(kN)Vk=12.795kN工况2：开挖至4.5m深度，此时所有支撑均已施工完毕开挖工况图如下：工况2示意图1、计算嵌固深度及支撑力大小确定根据等值梁法，通过寻找反弯点（支护桩弯矩为0的点，参考施工计算手册可简化为土压力合力为0的点即为反弯点)，支撑看作铰支点，运用力矩分配法进行计算。依据上述原理计算得到：支撑力R1=0kN要使板桩保持稳定，当前开挖工况下嵌固深度需满足主动土压力造成的弯矩、基坑内侧被动土压力和各道支撑造成的弯矩总和平衡，即ΣM=0。同时嵌固深度需满足《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012第4.2.7条，对单支点支挡式结构，嵌固深度不小于0.3倍的开挖深度，对多支点支挡式结构，嵌固深度不小于0.2倍的开挖深度。根据以上条件，通过试算法得到，计算嵌固深度为t=5.38m。5.38m深度以下土压力计算时不考虑。考虑嵌固稳定安全系数1.2后，并满足规范最小嵌固深度要求，当前开挖工况支护桩实际嵌固深度7.5m≥max(1.2×5.38，0.3×4.5)=6.456m当前工况支护桩嵌固深度满足要求！2、当前工况下计算嵌固深度范围内的土压力计算参考《规范》JGJ120-2012，计算支护桩结构时，只考虑弯矩平衡点以上部分（即：计算锚固深度范围内）的土压力，所以当前工况下只显示锚固深度为5.38m范围的土压力。1）主动土压力计算①主动土压力系数Ka1=tan2(45°-φ1/2）=tan2(45-13.3/2)=0.626；Ka2=tan2(45°-φ2/2）=tan2(45-13.3/2)=0.626；Ka3=tan2(45°-φ3/2）=tan2(45-10.9/2)=0.682；Ka4=tan2(45°-φ4/2）=tan2(45-18.2/2)=0.524；Ka5=tan2(45°-φ5/2）=tan2(45-18.2/2)=0.524；②土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0-1.5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/18.4=0mPak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=18.4×0×0.626-2×21.9×0.6260.5=-34.653kN/m2Pak1下=γ1(h1+H1')Ka1-2c1Ka10.5=18.4×(1.5+0)×0.626-2×21.9×0.6260.5=-17.377kN/m2第2层土：1.5-2.6mH2'=[∑γ1h1]/γsati=[27.6]/24.288=1.136mPak2上=γsat2H2'Ka2-2c2Ka20.5=24.288×1.136×0.626-2×21.9×0.6260.5=-17.377kN/m2Pak2下=γsat2(h2+H2')Ka2-2c2Ka20.5=24.288×(1.1+1.136)×0.626-2×21.9×0.6260.5=-0.654kN/m2第3层土：2.6-8.3mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[54.317]/25.31=2.146mPak3上=γsat3H3'Ka3-2c3Ka30.5=25.31×2.146×0.682-2×14.5×0.6820.5=13.093kN/m2Pak3下=γsat3(h3+H3')Ka3-2c3Ka30.5=25.31×(5.7+2.146)×0.682-2×14.5×0.6820.5=111.476kN/m2第4层土：8.3-9mH4'=[∑γ3h3]/γsati=[198.584]/24.63=8.063mPak4上=γsat4H4'Ka4-2c4Ka40.5=24.63×8.063×0.524-2×18.5×0.5240.5=77.275kN/m2Pak4下=γsat4(h4+H4')Ka4-2c4Ka40.5=24.63×(0.7+8.063)×0.524-2×18.5×0.5240.5=86.309kN/m2第5层土：9-9.88mH5'=[∑γ4h4]/γsati=[215.825]/24.63=8.763mPak5上=γsat5H5'Ka5-2c5Ka50.5=24.63×8.763×0.524-2×18.5×0.5240.5=86.309kN/m2Pak5下=γsat5(h5+H5')Ka5-2c5Ka50.5=24.63×(0.88+8.763)×0.524-2×18.5×0.5240.5=97.666kN/m22）被动土压力计算①被动土压力系数Kp1=tan2(45°+φ1/2）=tan2(45+10.9/2)=1.466；Kp2=tan2(45°+φ2/2）=tan2(45+10.9/2)=1.466；Kp3=tan2(45°+φ3/2）=tan2(45+18.2/2)=1.908；②土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：4.5-5.5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/17.7=0mPpk1上=γ1H1'Kp1+2c1Kp10.5=17.7×0×1.466+2×14.5×1.4660.5=35.117kN/m2Ppk1下=γ1(h1+H1')Kp1+2c1Kp10.5=17.7×(1+0)×1.466+2×14.5×1.4660.5=61.072kN/m2第2层土：5.5-8.3mH2'=[∑γ1h1]/γsati=[17.7]/25.31=0.699mPpk2上=γsat2H2'Kp2+2c2Kp20.5=25.31×0.699×1.466+2×14.5×1.4660.5=61.072kN/m2Ppk2下=γsat2(h2+H2')Kp2+2c2Kp20.5=25.31×(2.8+0.699)×1.466+2×14.5×1.4660.5=164.992kN/m2第3层土：8.3-9.88mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[88.568]/24.63=3.596mPpk3上=γsat3H3'Kp3+2c3Kp30.5=24.63×3.596×1.908+2×18.5×1.9080.5=220.136kN/m2Ppk3下=γsat3(h3+H3')Kp3+2c3Kp30.5=24.63×(1.58+3.596)×1.908+2×18.5×1.9080.5=294.402kN/m23、支护桩受力分析沿基坑边每延米支护桩，不同的开挖深度主动土压力线荷载为：qak=Pak×1沿基坑边每延米支护桩，不同的开挖深度被动土压力线荷载为：qpk=Ppk×1支护桩计算简图如下：工况2支护桩计算简图弯矩图(kN·m)Mk=216.249kN·m剪力图(kN)Vk=277.683kN四、支护桩、围檩及支撑计算1、支护桩材料参数支护桩材料钢板桩钢板桩类别U型热轧钢板桩(HRSP-U)钢板桩型号HRSP-U-2270(400×170×15.5)钢板桩沿基坑边方向单位长度惯性矩I(cm4/m)38600钢板桩沿基坑边方向单位长度截面抵抗矩W(cm3/m)2270钢材的弹性模量E(N/mm2)206000钢材的抗弯强度设计值f(N/mm2)205钢材的抗剪强度设计值τ(N/mm2)125材料截面塑性发展系数γ1.052、围檩材料参数围檩材料类型槽钢围檩材料截面类型40b号槽钢围檩合并根数2根围檩受力不均匀系数ks0.5围檩的惯性矩I(cm4)18600围檩的截面抵抗矩W(cm3)932围檩的弹性模量E(N/mm2)206000围檩的抗弯强度设计值f(N/mm2)205围檩的抗剪强度设计值τ(N/mm2)125材料截面塑性发展系数γ1.05钢板桩在围檩上的荷载作用点间距sl(m)0.83、支撑材料参数支撑材料1：支撑材料类型大钢管支撑材料截面类型Φ426×8支撑型钢合并根数1根支撑抗压强度设计值f(N/mm2)205支撑回转半径i(mm)147.8支撑截面面积A(mm2)10505支撑材料2：支撑材料类型槽钢支撑材料截面类型40b号槽钢支撑型钢合并根数2根支撑抗压强度设计值f(N/mm2)205支撑单根型钢回转半径i(mm)27.8支撑单根型钢截面面积A(mm2)83044、支撑水平参数支撑编号支撑计算长度L0支撑方向与基坑边缘的夹角α(度)支撑材料198984540b号槽钢21030090Φ426×831030090Φ426×841030090Φ426×85989813540b号槽钢序号围檩上各支撑点水平间距(m)1727.737.747.757.767支撑平面布置图5、强度设计值确定Mk=max(4.025，216.249)=216.249kN·mM=γ0γFMk=1.1×1.25×216.249=297.343kN·mVk=max(12.795，277.683)=277.683kN·mV=γ0γFVk=1.1×1.25×277.683=381.815kN6、材料的强度计算1）支护桩强度计算σmax=M/(γW)=297.343×106/(1.05×2270×103)=124.75N/mm2≤[f]=205N/mm2满足要求！H`=(WH2-(H-t)2(W-2t))/(2(WH-(H-t)(W-2t))=(400×1702-(170-15.5)2×(400-2×15.5))/(2×(400×170-(170-15.5)×(400-2×15.5)))=125mmS=t(H-H`)2=15.5×(170-125)2=31388mm3,τmax=VS/(It)=381.815×31388×103/(38600×104×15.5)=2.003N/mm2≤[f]=125N/mm2满足要求！2）围檩强度计算根据最不利原则，取最大受力的开挖深度支撑层进行计算。由前面计算可知,开挖深度范围内沿基坑边单位长度支护桩传给围檩的最大集中荷载标准值：Rmax=max(R1)=max(0)=0kN集中荷载设计值Fmax=γ0γFRmax=1.1×1.25×0=0kN由于钢板桩在围檩上的荷载作用点间距sl=0.8m，则经过换算，即围檩所受钢板桩传递集中荷载间距为0.8m，荷载大小为Nmax=Fmax×sl=0×0.8=0kN由于围檩合并根数为2根，则单根围檩材料所受集中荷载标准值：Pmax=Nmax×ks=0×0.5=0kN围檩计算简图如下：抗弯验算弯矩图最大弯矩标准值：Mk=0kN·m最大弯矩设计值：M=γ0γFMk=1.1×1.25×0=0kN·mσmax=M/(γW)=0×106/(1.05×932×103)=0N/mm2≤[f]=205N/mm2满足要求！抗剪验算剪力图最大剪力标准值：Vk=0kN最大剪力设计值：V=γ0γFVk=1.1×1.25×0=0kN·mτmax=V/(8Izδ)[bh02-(b-δ)h2]=0×1000×[102×4002-(102-12.5)×3642]/(8×186000000×12.5)=0N/mm2≤[τ]=125N/mm2满足要求！3）支撑稳定性计算围檩连续