鋼板樁計(jì)算書(2010.5.20)

鋼板樁計(jì)算書中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁目錄1設(shè)計(jì)資料...................................................12鋼板樁入土深度計(jì)算..........................................12.1內(nèi)力計(jì)算............................................12.2入土深度計(jì)算........................................23鋼板樁穩(wěn)定性檢算............................................33.1管涌檢算............................................33.2基坑底部隆起驗(yàn)算....................................44圍囹檢算...................................................54.1工況分析與計(jì)算......................................54.1.1工況一......................................54.1.2工況二......................................64.1.3工況三......................................74.1.4工況四......................................84.1.5工況五......................................94.1.6工況七.....................................114.1.7工況八.....................................124.1.8工況九.....................................134.2圍囹計(jì)算...........................................144.2.1頂層圍囹...................................154.2.2第一層圍囹.................................164.2.3第二層圍囹.................................171中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁第三層圍囹 17第四層圍囹 185對(duì)撐和斜撐檢算. 192中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁南淝河特大橋連續(xù)梁主墩承臺(tái)鋼板樁圍堰施工計(jì)算書設(shè)計(jì)資料樁頂高程H1：8.0m，汛期施工水位：7.0m。地面標(biāo)高H0：8m；基坑底標(biāo)高H3：-1.54m；開挖深度H：9.54m。封底混凝土采用C30混凝土，封底厚度為1m。(3)坑內(nèi)、外土的天然容重加權(quán)平均值 r1、r2均為：18.9KN/m3；內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值 18.8；粘聚力C：24KPa。2(4)地面超載q：按70噸考慮，換算后為 10KN/m。(5)鋼板樁采用國(guó)產(chǎn)拉森鋼板樁，選用鞍 IV型（新）（見《施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社P290頁(yè)）鋼板樁參數(shù)A=98.70cm23，W=2043cm，=200Mpa，樁長(zhǎng)18m。鋼板樁入土深度計(jì)算2.1內(nèi)力計(jì)算(1)作用在鋼板樁上的土壓力強(qiáng)度及壓力分部見圖 2.1根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，P284頁(yè)(5-89、5-90）公式得：Ka2o18.8otg（452）0.51Kpi2o18.8otg（45）1.952鋼板樁均布荷載換算土高度 h0：h0 q/r 10/18.9 0.53m1中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁支撐層數(shù)及間距按等彎矩布置確定各層支撐的間距 ,則拉森Ⅳ型鋼板樁頂部懸臂端的最大允許跨度，根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，P284頁(yè)(5-96）公式得：h6W362001052043=2940mm=2.9m318.90.51rKa根據(jù)施工需要調(diào)整支撐布置h1=2.1m，h2=2.1m，h3=1.6層數(shù)為3層。受力簡(jiǎn)圖見圖2.1圖2.1 鋼板樁受力簡(jiǎn)圖2.2入土深度計(jì)算用盾恩近似法計(jì)算鋼板樁入土深度2中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁主動(dòng)土壓力系數(shù)，被動(dòng)土壓力系數(shù)從上可知： Ka 0.51、Kp 1.95圖2.2 鋼板樁計(jì)算簡(jiǎn)圖根據(jù)假定作用在鋼板樁 AB段上的荷載ABCD，一半傳至A點(diǎn)上，另一半由坑底土壓力 EBF承受，由圖2.2所示，幾何關(guān)系根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社， P288頁(yè)(5-99）公式得：(Kp Ka)x2 KaHx KaHL 0(1.95 0.51)x2 0.51 9.23x 0.51 9.23 0.84 0x 6.023m根據(jù)入土部分的固定點(diǎn)，被動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)在離坑底 2x處，所以3鋼板樁最下面一跨的跨度為 0.84+4.012=4.852m處。故鋼板樁的總長(zhǎng)度至少為l9.546.02315.563m,即鋼板樁長(zhǎng)度為15.563m，入土深度為6.032m時(shí)能保證樁體本身的穩(wěn)定性，選用18m鋼板樁，實(shí)際入土深度為 8.46m。鋼板樁穩(wěn)定性檢算3.1管涌檢算3中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁管涌的原因主要收水的作用影響，計(jì)算時(shí)考慮有水一側(cè)，基坑抽水后水頭差為 h1=8.54m，入土深度 h2=x，最短的滲流途徑如圖 2-1所示為h1+h2×2，不產(chǎn)生管涌的安全條件，根據(jù)根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，P284頁(yè)(5-107）公式得：K i rw rb式中K為安全系數(shù)取 1.7；水容重取rw10KN/m3；土的浮容重為rb18.9108.9KN/m3；水力梯度i H (H 2x)；計(jì)算得x 3.89m時(shí)，不會(huì)發(fā)生管涌。所需樁長(zhǎng)l 9.54 3.89 13.43m選用18m鋼板樁，則入土深度為 8.46，反算抗管涌安全系數(shù) K 2.17,不會(huì)發(fā)生管涌。3.2基坑底部隆起驗(yàn)算基底抗隆起穩(wěn)定性分析采用 C,q，h 9.53m抗隆驗(yàn)算方法。根據(jù)《基礎(chǔ)工程》中國(guó)建筑工業(yè)出版社 P308頁(yè)（8-30）公式：x 8.46m、H 9.54m、q 10KN/m2、 18.8、C 24KPa、安全系數(shù)K 1.7Nqetgtg2(45)=5.692Nc(Nq1)tg=13.78Ksr2xNqcNc18.98.465.692413.78=3.54＞1.7r1(Hx)q18.9(9.548.46)104中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁即鋼板樁打入深度 8.46m，地基土穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生隆起。圍囹檢算4.1工況分析與計(jì)算工況分析模型加載力按照主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 pa Kar(h1 h2)，被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pb Kbrh工況一參照《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社 P284,施作樁頂圍囹和支撐后,開挖基坑至+4.6m，即3.4m深，未安裝第一道支撐前，鋼板樁為頂部簡(jiǎn)支的單錨淺埋板，則支撐受力為 Ra Ea Ep。假定鋼板樁所需入土深度為t，Ea1r(Ht)2Ka118.9(3.4t)20.514.82(3.4t)222Ep1Kprt211.9518.9t218.43t222為使鋼板樁保持穩(wěn)定，在鋼板樁頂部力矩應(yīng)等于零因此最小入土深度t(3EP2Ea)H(318.43t224.82(3.4t)2)3.42(EaEp)2(4.82(3.4t)218.43t2)t2.81mEa 4.82 (3.4 2.81)2 185.879KNEp 18.43 2.812 145.525KN因此Ra Ea Ep 40.354KN剪力為零的點(diǎn)據(jù)支撐點(diǎn)的距離rKKph Ra rKah取K=1.53，h=0.84m。M 40.354 0.84 33.90MPa5中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁M33.90103W204316.59MPa＜200MPaVRaRa40.35103A98.71024.08MPa＜[f]110.5MPa故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況二安裝好第一道支撐，開挖至標(biāo)高 +2.5，即5.5m深，第二道支撐沒有施作。此時(shí)鋼板樁可看作為在樁頂和第一道支撐處簡(jiǎn)支，基坑以下2m處固結(jié)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。則建模如下：受力布置圖(KN/m）剪力圖（KN）彎矩圖（KN·m）6中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁計(jì)算得鋼板樁： Vmax 88.51KN、Mmax 88.5KN m，最大支撐反力104.82KN。作用在第一層圍囹和支撐處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M88.5103610343.3MPa＜200MPaW204310Vmax88.511038.97MPa＜[f]110.5MPaA98.7102故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況三安裝好第二道支撐，繼續(xù)開挖至標(biāo)高+0.4m處，即基坑7.6m深，此時(shí)鋼板樁可看作為在樁頂、第一和第二道支撐處簡(jiǎn)支，在基底以下2m處固結(jié)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，則建模如下：受力布置圖(KN/m）剪力圖（KN）7中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁彎矩圖（KN·m）計(jì)算得鋼板樁： Vmax 137.84KN、Mmax 128.45KN m，最大支撐反力161.45KN。作用在第二層圍囹和支撐處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M128.4510310362.9MPa＜200MPaW2043106Vmax137.8410313.97MPa＜[f]110.5MPaA98.7102故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況四安裝好第三道支撐，繼續(xù)開挖至基坑底，底標(biāo)高-1.54m處，即基坑9.54m深，此時(shí)鋼板樁可看作為在樁頂、第一道、第二道和第三道支撐處簡(jiǎn)支，在基底以下2m處固結(jié)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，則建模如下：受力布置圖(KN/m）剪力圖（KN）8中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁彎矩圖（KN·m）計(jì)算得鋼板樁： Vmax 175.91KN、Mmax 153.30KN m，最大支撐反力223.79KN。作用在第三層圍囹和支撐處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M153.3010310375.0MPa＜200MPaW2043106Vmax175.9110317.82MPa＜[f]110.5MPaA98.7102故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況五安裝好第四道圍囹和支撐，繼續(xù)開挖至封底混凝土底面，即標(biāo)高為-2.54m，此時(shí)鋼板樁可看做為在樁頂、第一道到第四道支撐處簡(jiǎn)支，在基底以下2m處固結(jié)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，則建模如下：受力布置圖(KN/m）剪力圖（KN）彎矩圖（KN·m）9中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁計(jì)算得鋼板樁： Vmax 168.12KN、Mmax 126.16KN m，最大支撐反力228.10KN。作用在第四層圍囹和支撐處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M126.1610310361.8MPa＜200MPaW2043106Vmax168.12103110.5MPaA98.710217.03MPa＜[f]故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況六安裝好第四道支撐，清基，灌注封底混凝土，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，封底混凝土作為第一道支撐，拆除第四道支撐和圍囹，拆除第三道支撐，圍囹保留，此時(shí)鋼板樁可視為在樁頂、第一道、第二道支撐和第三道圍囹處簡(jiǎn)支，封底混凝土頂固結(jié)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，則建模如下：受力布置圖(KN/m）剪力圖（KN）10中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁彎矩圖（KN·m）計(jì)算得鋼板樁： Vmax 203.10KN、Mmax 155.67KN m，第三層最大反力為155.351KN，作用在第三層圍囹處、第二層支撐最大反力160.007KN作用在第二層圍囹和支撐處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M155.6710310376.20MPa＜200MPaW2043106Vmax203.110320.58MPa＜[f]110.5MPaA98.7102故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。封底混凝土需要的強(qiáng)度P Vmax、假設(shè)是支撐，則面積 A 0.125m2P203.1103。KA1.50.1251062.4MPa工況七第一層承臺(tái)施工完畢，拆模，養(yǎng)生至強(qiáng)度達(dá)到 20Mpa以上時(shí)，恢復(fù)第三道支撐，臨時(shí)支撐在第一層承臺(tái)側(cè)壁上，拆除第二道支撐，圍囹保留。此時(shí)鋼板樁可視為在樁頂、第一道、第三道支撐和圍囹處簡(jiǎn)支，在封底頂固結(jié)的連續(xù)梁，建模如下：受力布置圖(KN/m）11中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁剪力圖（KN）彎矩圖（KN·m）計(jì)算得鋼板樁： Vmax 131.84KN、Mmax 77.51KN m，第三層最大反力為227.21KN，作用在第三層支撐及圍囹處、 第二層支撐最大反力 101.21KN作用在第二層圍囹處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M77.51103610337.94MPa＜200MPaW204310Ra131.8410313.36MPa＜[f]110.5MPaA98.7102故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況八第二層承臺(tái)施工完畢，拆模，養(yǎng)生至強(qiáng)度達(dá)到 20MPa以上時(shí)，恢復(fù)第二道支撐，臨時(shí)支撐在第二層承臺(tái)側(cè)壁上，拆除第三層圍囹和支撐，回填基坑至第二層圍囹底，拆除第二層圍囹和支撐，此時(shí)鋼板樁可視為樁頂、第一道支撐和圍囹處簡(jiǎn)支，在原第二層圍囹以下 2m處固結(jié)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，建模如下：12中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁受力布置圖(KN/m）剪力圖（KN）彎矩圖（KN·m）計(jì)算得鋼板樁： Vmax 78.11KN、Mmax 60.31KN m，第一層支撐最大反力97.84KN作用在第一層圍囹處。則此時(shí)鋼板樁的應(yīng)力為M60.3110310329.52MPa＜200MPaW2043106Ra78.111037.91MPa＜[f]110.5MPaA98.7102故此工況下鋼板樁能夠滿足要求。工況九第二道圍囹和支撐拆除后繼續(xù)回填至第一道圍囹和支撐處，拆除第一道圍囹和支撐，工況回到工況一，已經(jīng)經(jīng)過檢算鋼板樁能滿足受力要求。13中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁通過以上計(jì)算可知，在八種工況下采用IV型拉森鋼板樁受力均能滿足要求。4.2圍囹計(jì)算圍囹設(shè)四個(gè)腳撐和兩道對(duì)撐，結(jié)構(gòu)如下圖圍囹及支撐結(jié)構(gòu)圖（m）各工況下層圍囹受力情況如下表所示：圍囹受力圍囹受力（KN/延米）工況頂層第一層第二層第三層第四層工況一40.3540000工況二8.76104.82000工況三9.469.88161.4500工況四13.2169.88101.21223.790工況五13.2169.88101.21126.61228.10工況六9.469.88160.007155.3510工況七9.499.24101.21227.21014中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁工況八7.5497.84000工況九40.3540000最大值40.354104.82161.45227.21228.10頂層圍囹最大支撐反力40.354KN/m，即為作用在圍囹上的均布荷載順橋向圍囹建模平面如下：受力布置圖（KN/m）剪力圖(KN)彎矩圖（KN·m）圍囹受力： Vmax 90.80KN、Mmax 56.29KN m，斜撐最大支撐反力為107.00KN橫橋向圍囹建模平面如下：受力布置圖（KN/m）15中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁剪力圖(KN)彎矩圖（KN·m）圍囹受力： Vmax 73.65KN、Mmax 40.5KN m，對(duì)撐最大支撐反力為134.18KN，斜撐最大支撐反力為 85.60KN。圍囹所需截面：WM56.291030.26103m3260cm3215106選用I40a工字鋼，W1086cm3,I21714cm4，tf16.5mm，tw10.5mm，S626.05cm3，I/S21714/626.0534.68cmMmax56.2910351.83MPa＜［］215MPaW1086VS73.6510320.23MPa＜[f]110.5MPaItw346.810.5故頂層圍囹采用 I40a工字鋼能滿足受力要求。第一層圍囹最大支撐反力104.82KN/延米，即為作用在圍囹上的均布荷載， 建模與4.2.1相同，反力為4.2.1的104.82/40.35=2.59，故圍囹受力：Vmax90.802.6236.08KN、Mmax56.292.6146.35KNm，對(duì)撐最大反力134.182.6348.87KN，斜撐最大支撐反力為1072.6278.2KN。圍囹所需截面：16中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁M146.351030.681103m3681cm3W215106選用I40a工字鋼，W1086cm3,I21714cm4，tf16.5mm，tw10.5mm，S626.05cm3，I/S21714/626.0534.68cmMmax146.35103134.76MPa＜［］215MPaW1086VS236.0810364.83MPa＜[f]110.5MPaItw346.810.5故頂層圍囹采用 I40a工字鋼能滿足受力要求。第二層圍囹最大支撐反力 161.45KN/延米，即為作用在圍囹上的均布荷載，建模與4.2.1相同，反力為4.2.1的161.45/40.35=4.001，故圍囹受力：圍囹受力：Vmax90.804.001363.29KN、Mmax56.294.001225.216KNm，對(duì)撐最大反力134.184.001536.85KN，斜撐最大支撐反力為1074.001428.11KN。圍囹所需截面：M2251031.047103m31047cm3215106選用I50c工字鋼，W2012.98cm3,I50324.53cm4，tf20mm，tw16mm，S1200.8cm3，I/S50324.53/1200.841.9cmMmax225.216103W111.9MPa＜［］215MPa2012.98VS363.29103110.5MPaItw41954.2MPa＜[f]16故頂層圍囹采用 I50c工字鋼能滿足受力要求。第三層圍囹17中鐵四局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐南環(huán)線工程項(xiàng)目經(jīng)理部 南淝河特大橋承臺(tái)鋼板樁最大支撐反力227.21KN/延米，即為作用在圍囹上的均布荷載， 建模與4.2.1相同，反力為4.2.1的227.21/40.35=5.63，故圍囹受力：Vmax90.805.63511.2KN、Mmax56.295.63316.91KNm，對(duì)撐最大反力134.185.63755.43KN，斜撐最大支撐反力為1075.63602.41KN。圍囹所需截面：WM316.911031.474103m332151061474cm選用雙I50c工字鋼，W2012.98cm3,I50324.53cm4，tf20mm，tw16mm，S1200.8cm3，I/S50324.53/1200.841.9cmMmax316.91103157.4MPa＜［］215MPaW2012.98VS511.2103110.5MPaItw41976.3MPa＜[f]16故頂層圍囹采用 I50c工字鋼能滿足受力要求。第四層圍囹最大支撐反力228.1KN/延米，即為作用在圍囹上的均布荷載，建模與4.2.1相同，反力為4.2.1的228.1/40.35=5.65，故圍囹受力：Vmax90.805.65513.