拉森钢板桩基坑支护方案设计和计算..

3、拉森钢板桩基坑支护方案设计和计算

3.1、基本情况

城展路环城河桥桥台位于河岸上，基坑开挖深度较小；桥墩长24m，宽1.7m，右偏角90°，系梁底标高为0.0m，河床底标高0.0m，因此基坑底部尺寸考虑1m施工操作面要求，布置为长26m，宽3.7m，不需土方开挖。

环城河常水位2.6m，1/20洪水位3.27m，河床底标高0.0m，河底为淤泥土。考虑选择枯水期施工，堰顶标高为3.5m。

3.2、支护方案设计

    支护采用拉森钢板桩围堰支护，围堰平行河岸布置，平面布置详见附图。堰体采用拉森钢板桩Ⅳ型，桩长12米，内部水平围檩由单根（500×300mm）H型钢组成，支撑杆设置在钢板桩顶部，由直径为600mm，壁厚为8mm钢管组成。

整个基坑开挖完成后，沿基坑四周挖出一条200×200mm排水沟，在基坑对角设500×500×500mm集水坑，用泥浆泵将集水坑内渗水及时排出基坑。

   布置图：

4、基坑稳定性验算

4.1、桥墩基坑稳定性验算

钢板桩长度为12米，桩顶支撑，标高3.5米，入土长度8.5米。基坑开挖宽度26米，坑底标高0.0米。基坑采用拉森钢板桩支护，围檩由单根（500×300mm）H型钢组成，设单道桩顶支撑，支撑采用直径为600mm，壁厚为8mm钢管作为支撑导梁，钢管与H型钢进行嵌固相连并焊接。验算钢板桩长度，选择钢板桩和导梁型号，验算基底稳定性。

采用理正深基坑软件对支护结构和围囹支撑体系等变形与内力整体计算分析；支护结构的抗倾覆稳定性、抗隆起、抗管涌、嵌固深度采用理正深基坑支护结构设计软件单元计算进行分析。

4.1.1、设计标准及参数

1、基坑设计等级及设计系数

二级，重要性系数：1.0；

支护结构结构重要性系数：1.0；

构件计算综合性系数：1.25。

2 、材料力学性能指标

序号	材料名称/规格	使用 部位	强度设计值(Mpa)
			抗拉、压、弯	抗剪	承压
1	500×300mmH型钢(Q235)	腰梁	215	125	325
2	D600mm钢管(Q235)	内支撑	215	125	325
3	钢板桩Ⅳ	桩	295

4.1.2、施工工况定义

1、单元分析工况定义

（1）、工况1：打钢板桩，水面以下3.5m；

（2）、工况2：在桩顶以下0.5m处安装第一道内支撑；

（3）、工况3：抽水；

2、单元计算

[ 支护方案 ]

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连续墙支护

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[ 基本信息 ]

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内力计算方法	增量法
规范与规程	《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99
基坑等级	二级
基坑侧壁重要性系数γ0	1.00
基坑深度H(m)	3.500
嵌固深度(m)	8.500
墙顶标高(m)	0.000
连续墙类型	钢板桩
├每延米板桩截面面积A(cm2)	236.00
├每延米板桩壁惯性矩I(cm4)	39600.00
└每延米板桩抗弯模量W(cm3)	2200.00
有无冠梁	无
放坡级数	0
超载个数	0
支护结构上的水平集中力	0

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[ 附加水平力信息 ]

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水平力	作用类型	水平力值	作用深度	是否参与	是否参与
序号		(kN)	(m)	倾覆稳定	整体稳定

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[ 土层信息 ]

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土层数	3	坑内加固土	否
内侧降水最终深度(m)	3.500	外侧水位深度(m)	0.000
内侧水位是否随开挖过程变化	否	内侧水位距开挖面距离(m)	---
弹性计算方法按土层指定	ㄨ	弹性法计算方法	m法

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[ 土层参数 ]

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层号	土类名称	层厚	重度	浮重度	粘聚力	内摩擦角
		(m)	(kN/m3)	(kN/m3)	(kPa)	(度)
1	杂填土	3.50	10.0	0.0	0.00	0.00
2	淤泥质土	3.72	16.9	6.9	---	---
3	淤泥	10.50	15.8	5.8	---	---

层号	与锚固体摩	粘聚力	内摩擦角	水土	计算方法	m,c,K值	抗剪强度
	擦阻力(kPa)	水下(kPa)	水下(度)				(kPa)
1	0.1	0.00	0.00	合算	m法	0.00	---
2	15.0	8.50	11.80	合算	m法	1.49	---
3	12.0	8.00	7.70	合算	m法	0.63	---

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[ 支锚信息 ]

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支锚道数

1

支锚	支锚类型	水平间距	竖向间距	入射角	总长	锚固段
道号		(m)	(m)	(°)	(m)	长度(m)
1	内撑	1.000	0.500	---	---	---

支锚	预加力	支锚刚度	锚固体	工况	锚固力	材料抗力	材料抗力
道号	(kN)	(MN/m)	直径(mm)	号	调整系数	(kN)	调整系数
1	0.00	1281.00	---	2～	---	4062.00	1.00

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[ 土压力模型及系数调整 ]

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            弹性法土压力模型:        经典法土压力模型:

                        

层号	土类名称	水土	水压力	主动土压力	被动土压力	被动土压力
			调整系数	调整系数	调整系数	最大值(kPa)
1	杂填土	合算	1.000	1.000	1.000	10000.000
2	淤泥质土	合算	1.000	1.000	1.000	10000.000
3	淤泥	合算	1.000	1.000	1.000	10000.000

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[ 工况信息 ]

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工况	工况	深度	支锚
号	类型	(m)	道号
1	开挖	1.000	---
2	加撑	---	1.内撑
3	开挖	3.500	---

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[ 设计结果 ]

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[ 结构计算 ]

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各工况：

内力位移包络图：

地表沉降图：

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[ 抗倾覆稳定性验算 ]

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抗倾覆安全系数:

    

    Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力

          决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

    Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

    注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

    工况1：

        注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

            序号    支锚类型    材料抗力(kN/m)    锚固力(kN/m)

               1      内撑                0.000            ---

        

            

            Ks = 2.140 >= 1.200, 满足规范要求。

    工况2：

        注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

            序号    支锚类型    材料抗力(kN/m)    锚固力(kN/m)

               1      内撑             4062.000            ---

        

            

            Ks = 23.368 >= 1.200, 满足规范要求。

    工况3：

        注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

            序号    支锚类型    材料抗力(kN/m)    锚固力(kN/m)

               1      内撑             4062.000            ---

        

            

            Ks = 22.1 >= 1.200, 满足规范要求。

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    安全系数最小的工况号：工况1。

        最小安全Ks = 2.140 >= 1.200, 满足规范要求。

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[ 抗隆起验算 ]

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Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

    

    

    

    

    

    

    Ks = 1.940 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

    

    

    

    

    

    

    Ks = 2.101 >= 1.15, 满足规范要求。

[ 隆起量的计算 ]

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!

    

式中    δ———基坑底面向上位移(mm);

    n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

    ri———第i层土的重度(kN/m3)；

        地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);

    hi———第i层土的厚度(m);

    q———基坑顶面的地面超载(kPa);

    D———桩(墙)的嵌入长度(m);

    H———基坑的开挖深度(m);

    c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);

    φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

    r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);

    

    δ = 32(mm)

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[ 抗管涌验算 ]

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抗管涌稳定安全系数(K >= 1.5):

    

式中    γ0———侧壁重要性系数;

    γ'———土的有效重度(kN/m3);

    γw———地下水重度(kN/m3);

    h'———地下水位至基坑底的距离(m);

    D———桩(墙)入土深度(m);

K = 3.679 >= 1.5, 满足规范要求。

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[ 承压水验算 ]

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式中    Pcz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2);

        Pwy———承压水层的水头压力(kN/m2);

         Ky———抗承压水头的稳定性安全系数，取1.5。

Ky = 33.80/30.00 = 1.12 >= 1.05

基坑底部土抗承压水头稳定!

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[ 嵌固深度计算 ]

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嵌固深度计算参数：

嵌固深度系数	1.200
抗渗嵌固系数	1.200

嵌固深度计算过程：

    按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd：

    1) 按ea1k = ep1k 确定出支护结构弯矩零点hc1 = 0.000

    2) 支点力Tc1可按下式计算：

    

    hT1 = 3.000m

    Tc1 = 23.820 kN 

    3) hd按公式：hp∑Epj + Tc1(hT1+hd) - βγ0ha∑Eai>=0确定

    β = 1.200 ， γ0 = 1.000

    hp = 1.591m，∑Epj = 294.604 kPa

    ha = 2.688m，∑Eai = 197.036 kPa

    得到hd = 4.100m，hd采用值为：8.500m

4.1.3、围堰围囹（腰梁）及斜撑验算

    根据4.1.2节单元计算，取其最大反力作为围囹均布荷载。根据第4.1.2节计算知围囹工况3反力最大为24.08kN，因此均布荷载为24.08Kn/m

内导梁最大弯矩Mmax  采用的支撑最大间距Lmax=4.5m内导梁采用单片焊接H型钢h=482mm,b=300mm,t=11mm,W=2523cm3 。

Mmax=(qmaxLmax2)/8=(24.08×4.52)/8=67.0KNm  

σmax=Mmax/W=67.0×103/2523=26.6Mpa＜[σ]=180Mpa 

∴符合要求  

围囹体系最大变形为1.06mm，小于允许值，满足要求。

4.1.4、内支撑验算

支撑反力为R×L=24.08×4.5=108.36KN.

内支撑单根D600钢管最大自由长度2.8m，按两端铰接计L=2.8m, i=205.8mm

λ= L/i=13.6查表得φ=0.991

108.36×1000/15120=7.16<0.991×215=213，合格。