11附件-10 钢板桩围堰计算书(FSP-IV-15m)(彩打)

钢板桩围堰计算书

计 算： 复 核： 审 核： 批 准：

中铁上海工程局沪通铁路工程站前V标项目经理部

2015年1月10日

目 录

1工程概况 ............................................... 1 2计算目标 ............................................... 2 3计算依据 ............................................... 2 4计算参数 ............................................... 2 4.1支护方案 .......................................... 2 4.2基本信息 .......................................... 3 5计算分析 ............................................... 5 5.1各工况计算分析 ................................... 5 5.2截面验算分析 .................................... 13 5.3整体稳定验算分析 ................................ 14 5.4抗倾覆稳定性验算分析 ............................ 15 5.5 抗隆起验算分析 .................................. 18 5.6抗管涌验算分析 .................................. 20 5.7抗承压水(突涌)验算分析 .......................... 21 5.8嵌固深度计算分析 ................................ 21 5.9钢管支撑计算分析 ................................ 22 5.10 HW型钢围檩计算分析 ............................ 23 5.11 封底混凝土厚度验算 ............................ 24 6注意事项 .............................................. 24

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1工程概况

377#、378#主墩均采用拉森FSP-Ⅳ型钢板桩围堰，钢板桩围堰平面内尺寸20.0m×15.6m（已考虑施工偏差和承台施工的立模空间），钢板桩顶标高为+1.5m（高出施工水位0.40m），采用L=15m钢板桩，打入承台垫层混凝土底以下土层深度5.74m。共设置3层围檩和支撑。三层围檩均采用双HW400型钢（400×400×13×21）mm制作，围檩采用托架固定在钢板桩上，围檩四角设双斜撑，中部设双对撑，围檩对撑和斜撑均采用Φ630mm×δ10mm螺旋钢管桩制作，对撑和斜撑与围檩焊接连接。

图1-1 钢板桩支护平面图（单位：m）

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图1-2 钢板桩支护立面图（单位：m）

2计算目标

（1）验算基坑各工况受力情况；

（2）验算基坑整体稳定性、截面、抗倾覆稳定性； （3）验算基坑底抗隆起、抗管涌、抗承压水； （4）验算钢板桩嵌固深度；

（5）验算钢管支撑、型钢围檀受力情况。 3计算依据

（1）《理正深基坑V7.0》

（2）《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012 4计算参数 4.1支护方案

采取排桩支护，如下图所示：

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图4.1-1排桩支护

4.2基本信息

表4.2-1 基本信息

规范与规程 内力计算方法 支护结构安全等级 支护结构重要性系数γ0 基坑深度H(m) 嵌固深度(m) 桩顶标高(m) 桩材料类型 2 ├每延米截面面积A(cm) 4 ├每延米惯性矩I(cm) 3 └每延米抗弯模量W(cm) └抗弯f(Mpa) 有无冠梁 放坡级数 超载个数 支护结构上的水平集中力 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012 增量法 二级 1.00 9.260 5.740 0.000 钢板桩 236.00 39600.00 2200.00 215 无 1 1 0 3

表4.2-2 放坡信息

坡号 1 台宽(m) 4.000 坡高(m) 1.000 坡度系数 1.000 表4.2-3 超载信息

超载 类型 序号 1 超载值 (kPa,kN/m) 作用深度 (m) 0.000 作用宽度 (m) 10.000 距坑边距 (m) 5.000 形式 条形 长度 (m) --- 10.000 表4.2-4 附加水平力信息

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 表4.2-5 土层信息

土层数 内侧降水最终深度(m) 内侧水位是否随开挖过程变化 弹性计算方法按土层指定 基坑外侧土压力计算方法 层号 1 2 层号 1 2 土类名称 粘性土 淤泥质土 与锚固体摩 擦阻力(kPa) 35.0 25.0 层厚 (m) 2.50 20.00 粘聚力 水下(kPa) 26.00 7.91 2 9.500 是 ㄨ 主动 重度 3(kN/m) 18.4 17.5 内摩擦角 水下(度) 13.00 6.29 坑内加固土 外侧水位深度(m) 内侧水位距开挖面距离(m) 弹性法计算方法 否 0.000 0.000 m法 浮重度 3(kN/m) 8.0 7.5 水土 合算 合算 粘聚力 (kPa) 16.00 7.91 计算方法 m法 m法 m,c,K值 3.98 0.95 内摩擦角 (度) 13.70 6.29 抗剪强度 (kPa) --- --- 表4.2-6 土层参数

表4.2-7 支锚信息 支锚道数 支锚 支锚类型 道号 1 内撑 2 内撑 3 内撑 支锚 预加力 道号 (kN) 1 0.00 2 0.00 3 0.00 水平间距 (m) 3.000 3.000 3.000 支锚刚度 (MN/m) 126.48 126.48 126.48 竖向间距 (m) 2.000 2.000 3.000 锚固体 直径(mm) --- --- --- 3 入射角 (°) --- --- --- 工况 号 2～13 4～11 6～9 总长 (m) --- --- --- 锚固力 调整系数 --- --- --- 材料抗力 (kN) 1316.00 1316.00 1316.00 锚固段 长度(m) --- --- --- 材料抗力 调整系数 1.00 1.00 1.00 4

表4.2-8 土压力模型及系数调整

弹性法土压力模型:

经典法土压力模型:

层号 1 2 工况 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 土类 名称 水压力 调整系数 1.000 1.000

水土 粘性土 合算 淤泥质土 合算 工况 类型 开挖 加撑 开挖 加撑 开挖 加撑 开挖 刚性铰 拆撑 刚性铰 拆撑 刚性铰 拆撑 外侧土压力 外侧土压力 内侧土压力 内侧土压力 调整系数1 调整系数2 调整系数 最大值(kPa) 1.000 1.000 深度 (m) 2.500 --- 4.500 --- 7.500 --- 9.260 8.500 --- 4.500 --- 2.500 --- 0.000 1.000 1.000 1.000 支锚 道号 --- 1.内撑 --- 2.内撑 --- 3.内撑 --- --- 3.内撑 --- 2.内撑 --- 1.内撑 10000.000 10000.000 表4.2-9 工况信息

5计算分析

5.1各工况计算分析

5

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内力位移包络图：

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地表沉降图：

5.2截面验算分析

（1）截面参数

表5.2-1 截面参数表

弯矩折减系数 剪力折减系数 荷载分项系数 0.85 1.00 1.25 （2）内力取值

表5.2-2 内力取值

段 内力类型 号 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 1 弹性法 计算值 374.41 195.67 253.16 经典法 计算值 169.30 171.68 1139.34 内力 设计值 397.81 207.89 316.44 内力 实用值 397.81 207.89 316.44 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) （3）截面验算

基坑内侧抗弯验算(不考虑轴力)

σnei = Mn / Wx

= 397.814/(2200.000*10-6)

= 180.824(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

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基坑外侧抗弯验算(不考虑轴力) σwai = Mw / Wx

= 207.895/(2200.000*10-6)

= 94.498(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足 式中:

σwai———基坑外侧最大弯矩处的正应力(Mpa); σnei———基坑内侧最大弯矩处的正应力(Mpa); Mw ———基坑外侧最大弯矩设计值(kN.m); Mn ———基坑内侧最大弯矩设计值(kN.m); Wx ———钢材对x轴的净截面模量(m3); f ———钢材的抗弯强度设计值(Mpa); 5.3整体稳定验算分析

计算方法：瑞典条分法 应力状态：有效应力法

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条分法中的土条宽度: 0.40m 滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 1.289 圆弧半径(m) R = 19.039 圆心坐标X(m) X = -3.892 圆心坐标Y(m) Y = 6.897 5.4抗倾覆稳定性验算分析

抗倾覆安全系数:

Ks

MpMa 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 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗

点力由内支撑抗压力 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：

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 2 内撑 3 内撑

8478.279 0.0006260.610 0.000 0.000 0.000

--- --- ---

Ks

工况

Ks = 1.354 >= 1.200, 满足规范要求。 2：

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)

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Ks 工况

1 内撑 2 内撑 3 内撑

8478.279 5702.6676260.610 438.667 0.000 0.000

--- --- ---

Ks = 2.265 >= 1.200, 满足规范要求。 3：

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 2 内撑 3 内撑

438.667 0.000 0.000

--- --- ---

Ks

工况

5180.765 5702.6676260.610 Ks = 1.738 >= 1.200, 满足规范要求。 4：

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 2 内撑 3 内撑

438.667 438.667 0.000

--- --- ---

Ks

5180.765 10528.0006260.610 Ks = 2.509 >= 1.200, 满足规范要求。

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 2 内撑

438.667 438.667

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工况5：

--- ---

3 内撑 0.000 ---

Ks

工况

2029.941 10528.0006260.610 Ks = 2.006 >= 1.200, 满足规范要求。 6：

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 2 内撑 3 内撑

438.667 438.667 438.667

--- --- ---

Ks

2029.941 14037.3336260.610 Ks = 2.566 >= 1.200, 满足规范要求。

序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 2 内撑 3 内撑

978.256 14037.3336260.610 工况7：

438.667 438.667 438.667

--- --- ---

Ks

工况

Ks = 2.398 >= 1.200, 满足规范要求。 8：

已存在刚性铰，不计算抗倾覆。 工况9：

已存在刚性铰，不计算抗倾覆。

工况10：

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已存在刚性铰，不计算抗倾覆。 工况11：

已存在刚性铰，不计算抗倾覆。 工况12：

已存在刚性铰，不计算抗倾覆。 工况13：

已存在刚性铰，不计算抗倾覆。 安全系数最小的工况号：工况1。

最小安全Ks = 1.354 >= 1.200, 满足规范要求。 5.5 抗隆起验算分析

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（1）从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下：

K

sm2ldNqcNcm1hldtan45oq01Khe 2

Nq 2 etan NcNq1tan 支护底部，验算抗隆起：

Ks = 0.874 < 1.600，抗隆起稳定性不满足。

（2）坑底抗隆起按以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，结果如下： clii

qibiGicositaniqibiGisiniKRL 19

Ks = 0.757 < 1.900，坑底抗隆起稳定性不满足。 5.6抗管涌验算分析

K2ld0.8D1'hwKse

Kse———流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的基坑 ld———截水帷幕在基坑底面以下的长度(m)；

D1———潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离

支护，流土稳定性安全系数分别不应小于1.6、1.5、1.4；

(m)；

γ'———土的浮重度(kN/m3)；

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Δh'———基坑内外的水头差(m)； γw———地下水重度(kN/m3)；

K = (2.00*6.50 + 0.80*9.26)*7.50/9.50*10.00 K = 1.611 >= 1.5, 满足规范要求。 5.7抗承压水(突涌)验算分析

KyPczPwy 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(突涌)稳定性安全系数，规范要求取大于1.100。

Ky = 35.00/30.00 = 1.16 >= 1.10 基坑底部土抗承压水头稳定。 5.8嵌固深度计算分析

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嵌固深度计算参数：

是否考虑整体稳定性 └整体稳定性是否考虑内撑作用 是否考虑坑底隆起稳定性 是否考虑最下层支点为轴心的圆弧稳定性 √ √ ㄨ ㄨ 嵌固深度计算过程：

当地层不够时，软件是自动加深最后地层厚度(最多延伸100m)得到的结果。

嵌固深度构造要求：

依据《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012, 嵌固深度对于多支点支护结构ld不宜小于0.2h。 嵌固深度构造长度ld：1.852m。 嵌固深度满足整体滑动稳定性要求：

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：

圆心(-32.396，59.236)，半径=67.516m，对应的安全系数Ks = 2.411 ≥ 1.300

嵌固深度计算值 ld = 0.000m。

满足以上要求的嵌固深度ld计算值=1.852m，ld采用值=5.740m。 5.9钢管支撑计算分析

根据理正程序计算结果，ф630mm（δ=10mm）钢管支撑（最大间距300cm）在工况9时受力最大，为1091.25KN/（3m）。

螺旋焊管容许应力为[σ]=145Mpa 则最大容许轴力为：[N]=υ[σ]A

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两端按简支计算，最大长度为14.5ml14.5长细比79.4 0.530.514i0.352故0.692[N]=0.692×145 MPa×19478mm2=1954.42 KN≥1091.25 KN 满足要求！

5.10 HW型钢围檩计算分析

查HW型钢数据表，HW400×400×13×21mm型钢抗弯截面模量W=3340 cm3，惯性矩I=66900 cm4，半截面积静矩Sz=1800 cm3，腹板厚d=13mm。

根据理正程序计算结果，第一层围檩在工况3时受力最大，为200.9KN/（3m），即q1=67KN/m；第二层围檩在工况9时受力最大，为1091.25KN/（3m）,即q2=363.75KN/m；第三层围檩在工况7时受力最大，为779.07KN/（3m）,即q3=259.7KN/m，为了简化计算取第二层围檩在工况9时的工况进行验算。

围檩按三跨连续梁模型考虑，计算跨度取3.0m，则： Mmax= q×l2/10=363.75×9/10=327.4 KN·m Qmax=0.6×q×l=0.6×363.75×3=654.75 KN fmax=0.677×q×l4/(100E×2×I)=0.72mm 相应：

σmax= Mmax /W=327.4 KN·m/（2×3340 cm3） =48.97 MPa≤[σ]=145 MPa

τmax=Qmax·Sz/（I·d）=654.75KN×1800cm3/（2×66900 cm4×13mm）

=67.77 MPa≤[τ]=80 MPa fmax=0.72 mm≤[f]=l/400=7.5 mm

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满足要求！

5.11 封底混凝土厚度验算

根据理正计算结果，本围堰坑底抗管涌、抗浮稳定性，无需封底均能满足要求，不需进行封底混凝土验算，但由于工况9时将封底混凝土看作一道支撑，故需将封底混凝土按照支撑的工况进行验算。

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB1002.3-2005）中轴心受压构件的纵向弯曲系数0.52可知

l0/b15.5/b30

相应b0.517m，考虑到封底混凝土存在表面的浮浆及底部夹泥的现象，封底混凝土的厚度取1m，按照有效厚度0.6m，混凝土强度等级取C20，验算封底混凝土作为支撑的强度和稳定性。计算时受力取工况7时第三层围檩的受力779.07KN/（3m），计算截面尺寸为3m×0.6m，纵向弯曲系数取0.52则：

强度：0N779.070.44[c]5.4MPa，满足要求。 A C 3  0 . 6  1000

N779.070.53[c]5.4MPa，满足要求。AC0.5230.61000 稳定性：0 6注意事项

综上所述封底混凝土采用厚度为1m的C20混凝土满足要求。 通过计算可知此基坑隆起的最不利工况为工况7，在第三道支撑设置完，继续开挖至设计封底混凝土底时，应密切注意基坑底隆起情况，如有异常及时注水。

当开挖至设计封底混凝土底时，应立即施做封底混凝土，当封底混凝土的强度达到设计强度时，方可拆除第三道支撑。

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