深基坑鋼板樁支護(hù)計(jì)算

1、1、工程簡(jiǎn)介越南沿?；鹆Πl(fā)電廠3期連接井位于電廠廠區(qū)內(nèi)，距東邊的煤灰堆場(chǎng)約100m，連接井最南側(cè)距海邊約30m40m?，F(xiàn)根據(jù)施工需要，將連接井及部分陸域段鋼管段設(shè)置成干施工區(qū)域，即將全部連接井及部分陸域鋼管段區(qū)域逐層開(kāi)挖成深基坑，然后在基坑進(jìn)行施工工作?；鶎铀闹懿捎肅DM樁或者鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。干施工區(qū)域平面圖如下所示圖1.1干施工區(qū)域平面圖圖1.2 基坑支護(hù)典型斷面圖（供參考）2、設(shè)計(jì)資料1、鋼板樁樁頂高程為+3.3m；2、地面標(biāo)高為+2.5m，開(kāi)挖面標(biāo)高-5.9m，開(kāi)挖深度8.4m，鋼板樁底標(biāo)高-14.7m。3、坑內(nèi)外土體的天然容重為16.5KN/m2，內(nèi)摩擦角為=8.5度，粘聚力c=10K

2、Pa；4、地面超載q：按20 KN/m2考慮；5、鋼板樁暫設(shè)拉森400170 U型鋼板樁，W=2270cm3，=200MPa，樁長(zhǎng)18m。3內(nèi)力計(jì)算3.1支撐層數(shù)及間距按等彎矩布置確定各層支撐的間距，則鋼板樁頂部懸臂端的最大允許跨度為：h1=1.11h=1.112.603m=2.89mh2=0.88h=0.882.603m=2.29m根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要和工程經(jīng)濟(jì)性，確定采用兩層支撐，第一層h=1.2m，支撐標(biāo)高+1.3m；第二層支撐h1=2m，支撐標(biāo)高-0.7m。3.2作用在鋼板樁上的土壓力強(qiáng)度及壓力分布主動(dòng)土壓力系數(shù) Ka=tan(45-/2)= tan(45-8.5/2)= 0.742被動(dòng)土

3、壓力系數(shù) Kp=tan(45+/2)=tan2(45+8.5/2)=1.347工況一：安裝第一層支撐后，基坑內(nèi)土體開(kāi)挖至-0.7m（第二層支撐標(biāo)高）。1、主動(dòng)土壓力：z=0m Pa=200.742+16.500.742=14.84KN/m2z=3.2m（地面到基坑底距離)） Pa=200.742+16.53.20.742=54.02KN/m22、被動(dòng)土壓力：z=3.2m(地面到基坑底距離) Pp=16.5（3.2-3.2）1.347=0KN/m2z=17.2m(地面到鋼板樁底距離) Pp=16.5（17.2-3.2）1.347=311.157KN/m23、計(jì)算反彎點(diǎn)位置：假定鋼板樁上土壓力為零

4、的點(diǎn)為反彎點(diǎn)，則有：Pa=PpPa=200.742+16.5z0.742=Pp=16.5(z-3.2)1.347z=8. 61m4、等值梁法計(jì)算內(nèi)力：鋼板樁AD段簡(jiǎn)化為連續(xù)簡(jiǎn)支梁，用力矩分配法計(jì)算各支點(diǎn)和跨中的彎矩，從中求出最大彎矩Mmax，以驗(yàn)算鋼板樁截面；并求出各支點(diǎn)反力Rb、Rd，Rb即為作用在第一層支撐上的荷載。圖1.3等值梁計(jì)算圖式求得：Rb=173.81KN/m；(即第一層圍檁每米受力173.81KN/m)Rd=82.48KN/m；工況二：安裝第二層支撐后，基坑開(kāi)挖至-5.9m。1、主動(dòng)土壓力：z=0m Pa=200.742+16.500.742=14.84KN/m2z=8.4m

5、Pa=200.742+16.58.40.742=117.7KN/m2z=17.2m Pa=200.742+16.517.20.742=225.4KN/m22、被動(dòng)土壓力：z=8.4m Pp=zKp=16.5(8.4-8.4)1.347=0KN/m2z=17.2m Pp=zKp=16.5(17.2-8.4)1.347=195.6KN/m2 3、計(jì)算反彎點(diǎn)：Pa=Pp假定鋼板樁上土壓力為零的點(diǎn)為反彎點(diǎn)，則有：Pa=PpPa=200.742+16.5z0.742=Pp=16.5(z-8.4)1.347求得：z=20.19 m 4、等值梁法計(jì)算內(nèi)力鋼板樁AE段簡(jiǎn)化為連續(xù)簡(jiǎn)支梁，用力矩分配法計(jì)算各支點(diǎn)和

6、跨中的彎矩，從中求出最大彎矩Mmax，以驗(yàn)算鋼板樁截面；并求出各支點(diǎn)反力Rb、Rc、Re，Rb、Rc即為作用在第一層、第二層支撐上的荷載。圖1.3等值梁計(jì)算圖式求得：Rb=-3286KN/m；Rc=4474.94KN/m；圖1.4 鋼板樁受力圖3.3計(jì)算鋼板樁最小入土深度鋼板樁入土深度主要受兩個(gè)因素的影響，一是豎向不產(chǎn)生管涌，二是基底土體橫向不產(chǎn)生側(cè)移。按工況二考慮，以土體側(cè)向穩(wěn)定性來(lái)分析：最小入土深度t=1.1（y+x）=1.1（0+51.86）=57.046m實(shí)際入土深度8.8m57.046m，不滿足規(guī)范要求?；拥撞客馏w會(huì)發(fā)生橫向側(cè)移。4、穩(wěn)定性驗(yàn)算4.1抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算1、從第二層支撐

7、以下外側(cè)主動(dòng)土壓力對(duì)支撐點(diǎn)的力矩：MQC=(54.02+225.4)142142/3=18255.442、內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力對(duì)第二層支撐點(diǎn)的力矩：MRC=195.68.82(5.2+8.82/3)=9524.4163、抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)KQ=MRC/MQC=19048.33218255.440.521.05不符合規(guī)范要求。4.2基底抗隆起穩(wěn)定性分析：地基承載力系數(shù)：Nq=etgtg2(45+/2)= etg8.5tg2(45+8.5/2)=2.153Nc=(Nq-1)(tg)=(2.153-1)(tg8.5)=7.715抗隆起安全系數(shù)不滿足要求，基坑底部土體會(huì)發(fā)生隆起。附錄上述的計(jì)算都是遵循下述

8、的公式1、土壓力支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的土壓力，與土層地質(zhì)條件、地下水狀況、支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度亦即施工工況、方法、質(zhì)量等因素密切相關(guān)。由于這些因素千變?nèi)f化，十分復(fù)雜，因此難于計(jì)算土壓力的準(zhǔn)確值。目前國(guó)內(nèi)、外常用的計(jì)算土壓力方法仍以庫(kù)侖公式或郎肯公式為基本計(jì)算公式。庫(kù)侖公式和郎肯公式均為假設(shè)土體為極限平衡狀態(tài)下的計(jì)算公式。1、主動(dòng)土壓力強(qiáng)度無(wú)粘性土粘性土式中：土的容重 c、分別為土的粘聚力、內(nèi)摩擦角z計(jì)算點(diǎn)處土體深度Ka郎肯主動(dòng)土壓力系數(shù)2、被動(dòng)土壓力強(qiáng)度無(wú)粘性土粘性土式中：土的容重 c、分別為土的粘聚力、內(nèi)摩擦角z計(jì)算點(diǎn)處土體深度Kp郎肯被動(dòng)土壓力系數(shù)2、多撐（多錨）式鋼板樁計(jì)算2.1支撐（錨桿）的布置

9、和計(jì)算支撐（錨桿）層數(shù)和間距的布置，影響著鋼板樁、支撐、圍檁的截面尺寸和支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料量，其布置方式有以下兩種：1、等彎矩布置這種布置是將支撐布置成使鋼板樁各跨度的最大彎矩相等，充分發(fā)揮鋼板樁的抗彎強(qiáng)度，可使鋼板樁材料用量最省，計(jì)算步驟為：根據(jù)工程的實(shí)際情況，估算一種型號(hào)的鋼板樁，并查得或計(jì)算其截面模量W。根據(jù)其允許抵抗彎矩，計(jì)算板樁懸臂部分的最大允許跨度h。式中， 鋼板樁抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；W截面抗彎模量；鋼板樁后土的重度Ka主動(dòng)土壓力系數(shù)；計(jì)算板樁下部各層支撐的跨度，把板樁視作一個(gè)承受三角形荷載的連續(xù)梁，各支點(diǎn)近似的假定為不轉(zhuǎn)動(dòng)，即把每跨看作兩端固定，可按一般力學(xué)計(jì)算各支點(diǎn)最大彎矩都等于Mma

10、x、Mmin時(shí)各跨的跨度，其值如圖3.1.3-1所示。如果算出的支撐層數(shù)過(guò)多或過(guò)少，可重新選擇鋼板樁的型號(hào)，按以上步驟進(jìn)行計(jì)算。圖3.2.3-1 支撐的等間距布置2、等反力布置這種布置是使各層圍檁和支撐所受的力都相等，使支撐系統(tǒng)簡(jiǎn)化。計(jì)算支撐的間距時(shí)，把板樁視作承受三角形荷載的連續(xù)梁，解之即得到各跨的跨度如圖3.1.3-2所示：圖3.2.3-2 支撐的等反力布置這樣除頂部支撐壓力為0.15P外，其他支撐承受的壓力均為P，其值按下式計(jì)算：通常按第一跨的最大彎矩進(jìn)行板樁截面的選擇。2.2多撐（多錨）式鋼板樁入土深度計(jì)算多撐（多錨）式鋼板樁入土深度，可用盾恩近似法或等值梁法進(jìn)行計(jì)算。1、盾恩近似法計(jì)

11、算其計(jì)算步驟如下：繪出板樁上土壓力的分布圖，經(jīng)簡(jiǎn)化后的土壓力分布如圖3.2.3-3所示。圖3.2.3-3 多層支撐板樁計(jì)算簡(jiǎn)圖假定作用在板樁FB段上的荷載FGNB。一半傳至F點(diǎn)上，另一半由坑底土壓力MBR承受。由圖3.2.3-3幾何關(guān)系可得：即: 式中：Ka、Kp、H、L5均為已知，解得x值即為入土深度。坑底被動(dòng)土壓力的合力P的作用點(diǎn)，在離基坑底2x/3處的W點(diǎn)，假定此W點(diǎn)即為板樁入土部分的固定點(diǎn)，所以板樁最下面一跨的跨度為：假定F、W兩點(diǎn)皆為固定端，則可近似地按兩端固定計(jì)算F點(diǎn)的彎矩。2、等值梁法計(jì)算其計(jì)算步驟同單撐（單錨）板樁：繪出土壓力分布圖，如圖3.2.3-4；圖3.2.3-4 等值梁

12、法計(jì)算多層支撐板樁計(jì)算簡(jiǎn)圖（a）土壓力分布圖；（b）等值梁；（c）入土深度計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算板樁上土壓力強(qiáng)度等于零點(diǎn)離開(kāi)挖面的距離y值；按多跨連續(xù)梁AF，用力矩分配法計(jì)算各支點(diǎn)和跨中的彎矩，從中求出最大彎矩Mmax,以驗(yàn)算板樁截面，并可求出各支點(diǎn)反力RB、RC、RD、RF，即作用在支撐上的荷載。根據(jù)RF和墻前被動(dòng)土壓力對(duì)板樁底端O的力矩相等的原理可求得x值，而 t0=y+x所以板樁入土深度為：t=(1.11.2) t03穩(wěn)定性驗(yàn)算3.1基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算包括以下內(nèi)容：3.2.1.1板樁底地基承載力，按照下式計(jì)算：結(jié)構(gòu)底平面作為求極限承載力的基準(zhǔn)面，可由以下公式求抗隆起安全系數(shù)式中：1坑外

13、地表至板樁底，各土層天然重度的加權(quán)平均值；2坑內(nèi)開(kāi)挖面以下至板樁底，各土層天然重度的加權(quán)平均值；c樁底處地基土粘聚力；q基坑外地面荷載；h0基坑開(kāi)挖深度；D板樁在基坑開(kāi)挖面以下的樁入土深度；Nq、Nc地基承載力系數(shù)；樁底處地基土內(nèi)摩擦角；Kwz圍護(hù)墻底地基承載力安全系數(shù)，根據(jù)基坑重要性取值。一級(jí)基坑工程取2.5；二級(jí)基坑工程取2.0；三級(jí)基坑工程取1.7。備注：基坑工程根據(jù)其重要性分為以下三級(jí)：1、符合下列情況之一時(shí)，屬一級(jí)基坑工程：支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)；基坑開(kāi)挖深度大于、等于10米時(shí)；距基坑邊兩倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴(yán)加保護(hù)時(shí)。2、除一級(jí)、三級(jí)以外的

14、均屬二級(jí)基坑工程；3、開(kāi)挖深度小于7米，且周圍環(huán)境無(wú)特別要求時(shí)，屬三級(jí)基坑工程。圖3.3.1-1 圍護(hù)墻底地基承載力驗(yàn)算圖式3.1基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性按照下式計(jì)算：式中：MRL抗隆起力矩； 圍護(hù)墻底以上地基土各土層天然重度的加權(quán)平均值；D圍護(hù)墻在基坑開(kāi)挖面以下的入土深度；Ka主動(dòng)土壓力系數(shù)，取；c、滑裂面上地基土的粘聚力和內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值；h0基坑開(kāi)挖深度；1最下一道支撐面與基坑開(kāi)挖面間的水平夾角；2以最下一道支撐點(diǎn)為圓心的滑裂面圓心角；q坑外地面荷載；MSL隆起彎矩，;KL抗隆起穩(wěn)定性安全系數(shù)；一級(jí)基坑工程取2.5；二級(jí)基坑工程取2.0；三級(jí)基坑工程取1.7。圖3.2.1-2 基坑

15、底抗隆起計(jì)算簡(jiǎn)圖3.2抗管涌驗(yàn)算地下水位較高的地區(qū)，開(kāi)挖后會(huì)形成水頭差，產(chǎn)生滲流，當(dāng)滲流較大時(shí)，有可能造成底部管涌穩(wěn)定性破壞。因此，驗(yàn)算管涌穩(wěn)定性也是十分必要的，可通過(guò)下式對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算：式中：ic臨界水力坡度，坑底土體相對(duì)密度e坑底土體天然空隙比i滲流水力坡度，hw坑內(nèi)外水頭差；L最短滲流流線長(zhǎng)度；Kg抗?jié)B流安全系數(shù)，取1.52.0。基坑底土為砂性土、砂質(zhì)粉土或粘性土與粉性土中有明顯薄層粉砂夾層時(shí)取最大值。圖3.3.2 基坑底土體滲流計(jì)算簡(jiǎn)圖3.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算鋼板樁結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性，可按下式驗(yàn)算：式中：MRC抗傾覆力矩。取基坑開(kāi)挖面以下鋼板樁入土部分坑內(nèi)側(cè)壓力，對(duì)最下一道支撐或錨定點(diǎn)的力矩。MQC傾覆力矩。取最下一道支撐或錨定點(diǎn)以下鋼板樁坑外側(cè)壓力，對(duì)最下一道支撐或錨定點(diǎn)的力矩。KQ抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)，一級(jí)基坑工程取1.20；二