深基坑钢板桩计算书doc资料.doc

新建京张高铁7标深基坑钢板桩计算书
一、工程概况
新建铁路北京至张家口铁路工程JZSG-7标段，其中桥梁有特大、大中桥5座，全长1.76km（含全部桥面系，不含预制简支箱梁的预制架设及支座工程），公路框架中桥1座，框架小桥3座，涵洞6座。
1、下花园北大桥，中心里程DK139+045.33，桥跨布置：9-31.5m简支梁、（32.6+4×32.7m+32.6m）连续梁，桥全长505.06m。本桥承台16个，其中张家口台承台基坑开挖深度超过5m，地层主要为新黄土；按设计要求1#、2#墩基础位于冲沟边上，承台基坑开挖时根据需要采用钢板桩防护。
桥名
编号
地面实测高程（m）
承台底高程（m）
高差（m）
备注
下花园北大桥
1#
599.719
595.801
3.917

下花园北大桥
2#
601.724
596.768
4.956

下花园北大桥
张台
607.164
601.500
5.664

2、戴家营大桥，中心里程：DK139+930.010，桥跨布置：11-31.5m简支梁，桥全长374.20m。本桥承台11个，扩大基础1个。本桥除4#、5#、张家口台外，其余承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土。
桥名
编号
地面实测高程（m）
承台底高程（m）
高差（m）
备注
戴家营大桥
京台
610.234
605.046
5.188

1#
603.259
597.436
5.823

2#
598.585
593.498
5.087

3#
587.792
582.114
5.678
扩大基础
4#
584.789
580.284
4.505

5#
587.792
585.006
2.786

6#
594.172
588.283
5.889

7#
597.824
592.112
5.712

8#
605.518
600.496
5.022

9#
606.378
600.932
5.446

10#
608.303
602.423
5.880

张台
608.291
605.208
3.083

3、戴家营北大桥，中心里程：DK140+616.830，桥跨布置：1-31.5m简支梁+2-23.5m简支梁+2-31.5m简支梁，桥全长162.06m。本桥承台6个，除4#承台外，其余承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土。
桥名
编号
地面实测高程（m）
承台底高程（m）
高差（m）
备注
戴家营北大桥
京台
623.931
618.131
5.800

1#
621.755
616.013
5.742

2#
622.068
616.628
5.440

3#
615.344
609.442
5.601

4#沟底
600.620
607.256
0.563

张台
625.106
619.166
5.940

4、戴家营北特大桥，中心里程：DK141+846.15，桥跨布置：16-31.5m简支梁，桥全长537.70m。本桥承台17个，其中1#、2#、3#、8#、9#、10#、14#、15#承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土；按设计要求11#、12#墩基础位于道路处，承台基坑开挖时采用钢板桩防护。
桥名
编号
地面实测高程（m）
承台底高程（m）
高差（m）
备注
戴家营北特大桥
京台
638.276
634.896
3.380

1#
628.917
623.402
5.515

2#
619.566
614
5.566

3#
623.253
617.598
5.655

4#
622.271
617.696
4.575

5#
620.240
616.794
3.446

6#
624.978
620.892
4.086

7#
627.751
622.99
4.761

8#
632.733
627.088
5.645

9#
640.826
635.187
5.639

10#
639.081
633.285
5.796

11#
632.269
627.383
4.886

12#
630.597
626.481
4.116

13#
630.839
626.579
4.260

14#
631.321
625.677
5.644

15#
634.839
629.775
5.064

张台
639.955
635.509
4.446

5、董家庄大桥，中心里程DK144+005.80，桥跨布置：5-31.5m简支梁，桥全长178m。本桥承台6个，其中1#、2#、3#、张台承台基坑开挖深度均超过5m，地层主要为新黄土；按设计要求1#、2#墩位于沥青路处，承台基坑开挖时采用钢板桩防护。
桥名
编号
地面实测高程（m）
承台底高程（m）
高差（m）
备注
董家庄大桥
京台
647.4734
642.914
4.559

1#
639.56
633.42
6.14

2#
637.761
632.518
5.243

3#
639.421
634.116
5.305

4#
641.312
637.215
4.097

张台
655.342
644.448
5.894

二、地质特点
线路地质主要为新黄土、粉质粘土、粉砂、细角砾土、卵石土、粗角砾土、弱风化砂岩、杂填土、新黄土、粉质粘土、粉砂，下伏基岩主要为凝灰岩、弱风化砂岩、全～强风化凝灰岩。特殊岩土为湿陷性黄土，主要分布于宣化盆地二级以上阶地或山前倾斜平原区、部分丘陵区及坡麓地带，为非自重湿陷性黄土，湿陷等级一般为Ⅰ～Ⅱ级，局部可达Ⅲ～Ⅳ级。局部地区分布的侏罗系泥质粉砂岩、泥岩、凝灰岩中部分夹层具有中等膨胀性。
三、钢板桩计算
根据当地地质条件查知基坑内外均为粉质粘土，天然容重加权平均值γ=18KN/m³，内摩擦角加权平均值为ψ=20°，粘聚力加权平均值C=10Kpa，取最大开挖高度6.14m验算，基坑开挖对钢板桩稳定性要求最高的断面如下图。

图一 钢板桩断面图

图二 钢板桩稳定性验算布置示意图
四、作用于板桩上的土压力强度及压力分布
因钢板桩表面竖直、平滑，墙后填土面水平，符合朗肯土压力条件，故：
Ka=tan2（45°-ψ/2）= tan2（45°-20/2）=0.490
式中：Ka——主动土压力系数
ψ——土体内摩擦角
表面土压力强度为：
δa=q Ka-2c√Ka =-2*18*√0.49=-25.20Kpa
式中：δa——表面土压力强度
q——土体表层均布荷载，因土体表层无均布荷载，故q=0
Ka——主动土压力系数
C——土体粘聚力
基坑开挖前必须进行降水作业，土方施工在干燥基底进行，故
δb=γh Ka-2c√Ka =18*6.14*0.49-2*18*√0.49=28.95Kpa
式中：δb——底层土压力强度
r——天然容重
Ka——主动土压力系数
C——土体粘聚力
h——开挖高度
压力分布图见下图

五、计算反弯点位置
假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，假定其位于开挖点以下y处，则有
Ka=tan2（45°-ψ/2）= tan2（45°-20/2）=0.490
Kx=tan2（45°+ψ/2）= tan2（45°+20/2）=3.26
r Kxy=r Ka（h+y）
y=r Kah/（rKx-r Ka）=18*0.49*6.14/（18*3.26-18*0.49）=0.967m
式中：y——基坑底部至钢板桩上土压力零点位置
r——天然容重
Ka——主动土压力系数
h——开挖高度
Kx——放大后的被动土压力系数
由以上结果知，钢板桩上受力零点位置至基坑表面距离为0.967m，钢结构受力简图如下
六、桩体的最大弯矩
由上图可知，最大土压力Q为
Q=28.98*3.28/2-25.2*2.86/2=11.49KN/m
最大弯矩处距钢板桩插入地基处为x，则
x=（h-z）/3=3.28/3=1.093m
由∑Mi=0可知，最大弯矩Mmax为
Mmax=0.5*28.98*0.967*（1.093+0.967）+0.5*0.967*28.98*0.967*2/3=37.897（KN*m)
故最大土压力Q为11.49KN/m，最大弯矩Mmax为37.897（KN*m)
七、钢板桩的最小入土深度
由等值梁法可求算钢板桩的最小入土深度，设桩反弯点以下z1为最小入土深度所在位置，故t1=z1+y。因桩端部所在地址仍为粉质粘土，故取1.0~1.2系数，t=（1.0~1.2）t1
取∑MQ=O，则
Qx=1/6【Kx r（z1+y）- Ka r（h+ z1+y）】z12可得
z1=√6Q/(Kx r- Ka r)= √6*11.49/(18*3.26-18*0.49)=1.171m
则t=1.05*（1.171+0.967）=2.245m
式中：Q——最大土压力
r——天然容重
Ka——主动土压力系数
Kx——放大后的被动土压力系数
z1——最小入土深度所在反转点以下的高度
t1——计算所得的最小入土深度
t——实际最小入土深度
八、钢板桩选型
钢板桩采用U型钢板桩，选取型号为SP-Ⅳ拉森钢板桩作为本项目钢板桩，W=4670cm4，取折减系数β为0.7，则
δmax= Mmax/βW=37.897*105/(0.7*4670)=16Mpa<【f】=200Mpa
式中：δmax——桩身最大应力
Mmax——钢板桩最大弯矩
β——钢板桩截面抵抗矩的折减系数
W——钢板桩截面抵抗矩
【f】——钢板桩抗折强度
由于桩身所受应力小于钢板桩抗折强度，故SP-Ⅳ拉森钢板满足要求。
九、钢板桩稳定性验算
根据实际情况，需要对基底隆起安全系数进行验算，以结构层底面作为求极限承载力的基准面，故
K=（rNQ+cNc）/【r（h+t）+q】
式中：r——天然容重
c——桩底处地基土粘聚力
q——坑外地面荷载
h——基坑开挖深度
t——钢板入土深度
Nc、Nq——地基承载力系数
ψ——土体内摩擦角
K——抗隆起安全系数
Nq=eπtgψtg2（45+ψ/2）
Nc=（Nq -1）/tgψ
则Nq= eπtg20tg2（45+20/2）=6.399
Nc=（6.399 -1）/tg20=14.834
K=（rNQ+cNc）/【r（h+t）+q】=（18*6.399+10*14.834）/18*（6.14+2.245）+0
=1.74>1.7
根据设计规范要求，地板抗隆起安全系数为1.7，本项目经计算后为1.8，满足规范要求且满足钢板桩稳定性要求。
由以上计算可知，本项目两侧钢板桩入土深度大于2.245m时，满足基坑稳定性要求，则最小桩长Lmin=6.14+2.245=8.385m，因计算时采用断面为标段钢板桩施工时最高断面，故全线采用L=10m钢板桩能够满足施工要求。
十、注意事项
为确保钢板桩围堰结构稳定。设置内支撑及角撑，内支撑设置在板桩墙顶以下1.0m处，在钢板桩内壁上焊围护托架，然后吊装H型钢围檩并焊接加固。采用2I36b工字钢，钢板桩顶以下1.0m处,连成整体，以共同抵抗水平推力和移位。采用 [20槽钢设置角撑。同时在基坑钢板桩一侧设置深度2m左右一级马道，降低钢板桩的净高度，增加钢板桩的埋深，减少本后土压力，进一步提高支护安全性，以满足整体支撑和稳定要求。