深基坑拉森钢板桩支护专项施工方案.docx

拉森扣板桩受力验算：因本工程xx施工区地质情况复杂，且无明显变化界限。为确保施工安全，选取有代表性的地质断面分别计算荷载，取最不利荷载对拉森扣板桩支护进行验算，作为最终支护标准。根据广东省公路勘察规划设计院提供的工程地质勘察报告及现场实际开挖获取的地质资料提取验算参数。1、代表性地质断面情况如下表（按14m深度统计）地质钻探孔号地层名称层厚（m）土的容重（KN/m3）内摩擦角（）凝聚力c（KPa）备注ZK50人工回填土2.618.423淤泥质粉质粘土10.215.94.45.5细砂1.119.300ZK56人工回填土1.918.423淤泥质粉质粘土1.315.94.45.5淤泥质粉砂10.219.314.20粉质粘土0.620.122.217.3ZK64人工回填土1.918.42317.3粉土1.620.36.228淤泥质粉粘土5.515.94.45.5粉质粘土2.420.122.217.3全风化泥质粉砂岩2.619.314.240.52、拉森钢板桩参数钢板桩型号每延米截面积cm2每延米惯矩Ix（cm4）每延米抵抗矩Wx（cm3）容许弯曲应力w（MPa）容许剪应力（MPa）备注SKSP191168001340210120SKSP242.53860022702101203、拉森钢板桩最大悬臂长度的计算：3.1、根据xx开挖深度h3m以上进行拉森钢板桩支护，取3m范围的土层计算土体参数加权平均值。ZK50：（18.42.615.90.4）/318.0 KN/m3（232.64.40.4）/320.52Katga2（45/2）=0.481 ZK56：（18.41.915.91.1）/318.0 KN/m3（231.94.41.1）/316.18Katga2（45/2）=0.564ZK64：（18.41.920.31.1）/319.09 KN/m3 （231.96.21.1）/316.84Katga2（45/2）=0.5513m深度处的最大主动土压力荷载：ZK50：qhKa25.974 KN/mZK56：qhKa30.456 KN/mZK64：qhKa31.556KN/m故取ZK64地质断面进行拉森钢板桩最大悬臂长度进行验算3.2拉森钢板桩最大悬臂长度计算3.2.1、SKSP型拉森钢板桩（只用于开挖深度34m的管道）MmaxWxw1/6*h*h*19.09*h*0.551*100002270*210故h3.0m因SKSP型拉森钢板桩用于开挖深度为34m的管道，大于其最大悬臂长度，故需加支撑。3.2.2、SKSP型拉森钢板桩（只用于开挖深度46.5m的管道）MmaxWxw1/6*h*h*19.09*h*0.551*100001340*210故h2.52m因SKSP型拉森钢板桩用于开挖深度为46.5m的管道，大于其最大悬臂长度，故需加支撑。4、拉森钢板桩入土深度4.1、土的参数计算根据设计要求，基槽开挖深度在34m采用9m SKSP型拉森钢板桩，基槽开挖深度在46.5m采用12m SKSP型拉森钢板桩。4.1.1、9m SKSP型拉森钢板桩（取土层最大影响深度9m）：ZK50：（18.42.615.96.4）/916.22 KN/m3（232.64.46.4）/99.77Katga2（459.77/2）=0.710 Kptga2（459.77/2）=1.409ZK56：（18.41.915.91.319.35.8）/9 18.62KN/m3（231.96.21.34.45.8）/914.64Katga2（4514.64/2）=0.596 Kptga2（4514.64/2）=1.676ZK64：（18.41.920.31.615.95.5）/917.21 KN/m3（231.96.21.64.45.5）/98.56Katga2（458.56/2）=0.741 Kptga2（458.56/2）=1.350根据Ka最大值选取最不利荷载ZK64土层参数作为计算依据4.1.2、12m SKSP型拉森钢板桩（取土层最大影响深度12m）：ZK50：（18.42.615.99.4）/1216.44 KN/m3（232.64.49.4）/128.43Katga2（458.43/2）=0.550 Kptga2（458.43/2）=1.344ZK56：（18.41.915.91.319.38.8）/1218.79 KN/m3（231.96.21.34.48.8）/1214.53Katga2（4514.53/2）=0.599 Kptga2（4514.53/2）=1.670ZK64：（18.41.920.31.615.95.520.12.419.30.6）/1217.89 KN/m3（231.96.21.64.45.522.22.414.20.6）/911.62Katga2（4511.62/2）=0.664 Kptga2（4511.62/2）=1.504根据Ka最大值选取最不利荷载ZK64土层参数作为计算依据4.2、计算简图4.2.1、根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如下：4.2最小入土深度的计算4.3.1 开挖4m深 SKSP型拉森钢板桩最小入土深度为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即MA0，亦即F*1.5+EaHaEpHpF*1.5+Ea*2/3*(Ht)Ep（H+2/3*t）0其中：主动土压力Ea1/2ea（H+t）1/2*（H+t）2Ka被动土压力Ep1/2ept1/2*t2Kp17.21 KN/m3,8.56,Ka0.741,Kp1.350，H=4mF=EaEp将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：t36t237t24.50解得 t4.2m，拉森钢板桩4m开挖深度最小长度为：地面预留部分0.5m开挖深度4m入土深度4.2m8.7m，故采用9m SKSP型拉森钢板桩支护满足34m基槽开挖深度的要求。4.3.2 开挖5m 深SKSP型拉森钢板桩最小入土深度为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即MA0，亦即F*1.5+EaHaEpHpF*1.5+Ea*2/3*(Ht)Ep（H+2/3*t）0其中:主动土压力Ea1/2ea（H+t）1/2*（H+t）2Ka被动土压力Ep1/2ept1/2*t2Kp17.89 KN/m3,11.62, Ka0.664, Kp1.504， H=5mF=1/2* ea*(Ht)1/2* ept将各参数分别代入弯矩平衡方程式得： t39t252t196.30解得 t5.8m，拉森钢板桩5m开挖深度最小长度为：地面预留部分0.5m开挖深度5.8m入土深度5m11.3m，故采用12m SKSP型拉森钢板桩单支撑支护满足45m基槽开挖深度的要求。4.3.3开挖6.5m 深SKSP型拉森钢板桩最小入土深度为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即MA0，亦即F1*0.5+F2*3.5+EaHaEpHpF1*0.5+F2*3.5+Ea*2/3*(Ht)Ep（H+2/3*t）0其中:主动土压力Ea1/2ea（H+t）1/2*（H+t）2Ka被动土压力Ep1/2ept1/2*t2Kp17.89,11.62, Ka0.664, Kp1.504，H=6.5m根据扣板桩受力平衡即F1+F2+EpEa0及扣板桩下端弯矩平衡即（5t）*F1+(3+t)*F2+Ep/3（6.5t）*Ea/3=0方程组求得：F1=(1.5+0.33t) Ep -(0.42+0.33t)* EaF2=(1.42+0.33t)* Ea-(2.5+0.33t) Ep将各参数分别代入弯矩平衡方程式得： t313t244t65.80解得 t3.7m，拉森钢板桩5m开挖深度最小长度为：地面预留部分0.5m开挖深度3.7m入土深度6.5m10.7m，故采用12m SKSP型拉森钢板桩双支撑支护满足56.5m基槽开挖深度的要求。5、坑底涌砂验算因6.5m开挖范围内为粘土，无粉砂土及细砂等，故基坑抽水时不会引起涌砂。6、拉森钢板桩支撑腰梁验算6.1开挖4m深单支撑腰梁6.1.1计算参数HW400*400腰梁参数：Ix66900cm4 Wx3340cm3 w210MPa120MPa,S=219.5cm2由4.3.1中得知qF/1=（EaEp）/1=226KN/m 6.1.2荷载分布图为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算 6.1.3抗弯验算：最大弯矩Mmax0.08*ql20.08*226*52=452 KN*m Wxw3340*210/1000=701.4 KN*mMmax故腰梁满足抗弯要求6.1.4抗剪验算：最大剪力Qmax0.6*ql0.6*226*5=678KN*S=210*219.5/10=4609.5KNQmax故腰梁满足抗剪要求6.2开挖5m深单支撑腰梁6.2.1计算参数HW400*400腰梁参数：Ix66900cm4 Wx3340cm3 w210MPa120MPa,S=219.5cm2由4.3.2得知qF/1= Ea Ep=196.1 KN/m6.2.2荷载分布图为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算 6.2.3抗弯验算：最大弯矩Mmax0.08*ql20.08*196.1*52=392.2 KN*m Wxw3340*210/1000=701.4 KN*mMmax故腰梁满足抗弯要求6.2.4抗剪验算：最大剪力Qmax0.6*ql0.6*196.1*5=588.3KN*S=210*219.5/10=4609.5KNQmax故腰梁满足抗剪要求6.3开挖6.5m深双支撑腰梁6.3.1计算参数HW350*350腰梁参数：Ix40300cm4 Wx2300cm3 S173.9cm2HW400*400腰梁参数：Ix66900cm4 Wx3340cm3 S=219.5cm2w210MPa120MPa由4.3.3得知q1F1/1=(1.5+0.33t) Ep -(0.42+0.33t)* Ea =126.7 KN/mq2F2/1 (1.42+0.33t)* Ea-(2.5+0.33t) Ep321.6 KN/m6.3.2荷载分布图为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算 6.1.3抗弯验算：HW350*350腰梁最大弯矩Mmax0.08*ql20.08*126.7*42=162.2 KN*m Wxw2300*210/1000=483 KN*mMmax故HW350*350腰梁满足抗弯要求HW400*400腰梁最大弯矩Mmax0.08*ql20.08*321.6*42=411.6 KN*m Wxw3340*210/1000=701.4 KN*mMmax故HW400*400腰梁满足抗弯要求6.1.4抗剪验算：HW350*350腰梁最大剪力Qmax0.6*ql0.6*126.7*4=304.1KN*S=210*173.9/10=3651.9KNQmax故HW350*350腰梁满足抗剪要求HW400*400腰梁最大剪力Qmax0.6*ql0.6*321.6*4=771.8KN*S=210*219.5/10=4609.5KNQmax故HW400*400腰梁满足抗剪要求7、拉森钢板桩支撑验算7.1挖深4m7.1.1参数计算（不考虑土的粘结力）N=5q=52261130KN回转半径1.8cm按最大开挖宽度2.8m自由长度lo0.5*(2.8-0.4)=1.00m长细比100/1.8=75561.020.55（20）2/10000=0.702容许压应力140 MPa钢管截面积Am/4*()3.14/4*(0.3332-0.3252)=0.0041m2N/Am1130/0.0041*1000=276 MPa*=140*0.702=98.3 MPa故在不考虑土土的粘结力情况下钢管支撑稳定性不符合要求。7.1.2参数计算（考虑土的粘结力）c=（17.3*1.9+28*1.6+5.5*5.5+17.3*2.4+40.5*0.6）/12=14.5KPaN=5(q2*c*HKa2*c2/)=5(226-2*9*14.5*0.741+2*14.52/17.21)=128.8KNN/Am128.8/0.0041*1000=31.4 MPa*=140*0.702=98.3 MPa故在考虑土的粘结力的情况下，DN325*8钢管单支撑满足4m挖深的钢板桩支撑要求。7.2挖深5m（考虑土的粘结力）c=（17.3*1.9+28*1.6+5.5*5.5+17.3*2.4+40.5*0.6）/12=14.5KPaN=5(q2*c*HKa2*c2/)=5(196.1-2*12*14.5*0.741+2*14.52/17.21)=395.1KN回转半径1.8cm按最大开挖宽度2.8m自由长度lo0.5*(2.8-0.4)=1.00m长细比100/1.8=75561.020.55（20）2/10000=0.702容许压应力140 MPa钢管截面积Am/4*()3.14/4*(0.3332-0.3252)=0.0041m2N/Am395.1/0.0041*1000=96.4 MPa*=140*0.702=98.3 MPa故在考虑土的粘结力的情况下，DN325*8钢管单支撑满足5m挖深的钢板桩支撑要求。7.2挖深6.5m（考虑土的粘结力）7.2.1荷载分布图c=（17.3*1.9+28*1.6+5.5*5.5+17.3*2.4+40.5*0.6）/12=14.5KPaEa=0.5*17.89*122*0.664-2*14.5*12*0.664214.52/17.89=595.2KNEp=0.5*17.89*5.52*1.504=407.0KN根据钢板桩受力平衡及对A点弯矩平衡求得：F1=90.5KN, F2=97.7KN故支撑钢管受力 N1=4*F1=362KN,N2=4*F2=390.8KN,取较大值N=390.8回转半径1.8cm按最大开挖宽度2.8m自由长度lo0.5*(2.8-0.4)=1.00m长细比100/1.8=75561.020.55（20）2/10000=0.702容许压应力140 MPa钢管截面积Am/4*()3.14/4*(0.3332-0.3252)=0.0041m2N/Am390.8/0.0041*1000=95.3 MPa*=140*0.702=98.3 MPa故在考虑土的粘结力的情况下，DN325*8钢管双支撑满足6.5m挖深的钢板桩支撑要求。