钢板桩受力分析及围堰验算(定).doc

大桥主墩钢板桩围堰计算书

一、 基坑在开挖完成后，砼垫层浇筑前钢板桩验算
钢板桩被主动压力强度相等处与锚 A h4=0.9m
固点（E点）位置相近，则： B h3=2.1m
y=γHKa /γ（KKp-Ka） C h2=3.5m
γ： 粘性土容重，γ=18 KN/m3; 基坑底 D h1=1.5m y
H：主动土压高度，H=h1+h2+h3+h4=8m E
Kp：被动土压力系数，为1.761， O x
Kp=tg-2（45。+φ/2），内摩擦角φ=16。。 图1
Ka：主动土压力系数，为0.568，Ka=tg2（45。-φ/2），内摩擦角φ=16。。
K：被动土压力修正系数，K=1.4；
y =2.4m
1、 钢板桩弯矩验算
把CE段看作简支梁来计算，偏于安全，受力土如下：
qc qd
C 1.5m 2.4m E
图2
钢板桩上C点的主动土压力强度为：
P C=γHKa
γ： 粘性土容重，γ=18 KN/m3;
H：主动土压高度，H= h2+h3+h4=6.5m
Ka：土的压力系数，为0.568，Ka=tg2（45。-φ/2），内摩擦角
φ=16。。
则：P C=66.5 KN/m2;
分布在1延米(2.5块)钢板桩上的压力为:
qC=1* PC=66.5 KN/ m;
同理：qD=81.8 KN/ m;
为方便计算，将CE段分解成如下受力情况：
qC qD- qC qD
C 1 E C 2 E C 3 E
图3
Mmax1=qCa2（2l-a）2/8l2=66.5×1.52×（2×3.9-1.5）2/8×3.92
=48.8 KN.m
Mmax2=（qC-qD）a2（3-2a/l-1）/6
=15.3×1.52×（2-2×1.5/2.9）/6=5.5 KN.m
Mmax3=qDa2（3-2a/l-1）/6=81.8×2.42×（2-2×2.4/3.9/6
=60.4 KN.m
则在CE段钢板桩墙上的最大弯矩不大于:
MmaxCE= Mmax1+ Mmax2+ Mmax3
=114.7KN.m
拉森Ⅳ型钢板桩1米宽截面抵抗矩为2037cm3,则最大抗压强度为:
σ= MmaxCE/W=114.7KN.m/2037cm3
=56.3 Mpa＜[σ]=145 Mpa 安全
2、 钢板桩入土深度计算
由图1可知E点为锚固点，即为弯矩零点，则E点的支撑力RE和墙前被动土压力对板桩底端的力矩相等，由此可求得x：
RE*x=γ（KKp-Ka）x3
由图3可求得RE：
RE= RE1+RE2+RE3
RE1= qCa2/2l=66.5×1.52/2×3.9=19.2 KN
RE2=（qC-qD）a2/3l=15.3×1.52/（3×3.9）=2.9 KN
RE2=qDb（3-2*b/l）/6=81.8×2.4×（3-2×2.4/3.9）/6=57.9 KN
RE= 19.2+2.9+57.9=80 KN
x= 6* RE/18*（KKp-Ka） =3.7m
则板桩的入土深度为：T=1.1×（y+x）=6.7 m
3、C点横梁（纵桥向19.5m）验算
C点处横梁承受相邻两跨（BC、CE）各半跨上的土压力：
qC=γ*Ka*HC*（HBC+HDE）/2

γ： 粘性土容重，γ=18 KN/m3;
Ka：主动土压力系数，为0.568，Ka=tg2（45。-φ/2），内摩擦角
φ=16。。
HC：横梁距基坑顶的距离，为6.5m；
HBC：BC间距，为3.5m；
HCE： CE点间距，为偏于安全取5.31m；
则 qC=292.7 KN/m
C横梁上的支撑水平间距为3m，按三跨等跨连续梁计算偏于安全，则横梁上最大弯矩为：
Mmax= 0.1×qC*l2=263.4KN.m
W= Mmax/[σ]
W：横梁的截面抵抗矩；
[σ]：A3钢的容许抗弯强度，为145Mpa；
则：W=1816.6cm3
横梁选用I50c工字钢，W=2080cm3＞1816.6 cm3 可以
4、C点支撑（横桥向16.5m）验算
支撑水平间距为3m，则每根支撑上的轴向压力为：
RC= qC*3=878.1 KN
拟采用2[40c槽钢
长细比：λ=l/I
l：支撑长度，取1600 cm；
i：支撑回转半径，i=14.71cm；
λ=108.7，由《结构设计规范》查得稳定系数为：
φ=0.474
支撑容许抗压强度为：σ=N/φ*A
N：支撑的轴向压力，N= RC=878.1 KN；
A：支撑的截面积，A=2A[40c=2×91.04=182.08 cm2；
σ=101.7 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
A点横梁、支撑受力与基坑完成后情况相同，验算见后；B点横梁、支撑受力小于C点支撑拆除后（基坑完成钢筋绑扎前）受力情况，以后一情况为准。
二、C点支撑拆除（基坑完成后钢筋绑扎前）钢板桩验算
1、钢板桩验算
混凝土垫层浇筑完成后，为方便钢筋绑扎施工，原地面 A h3=0.9m
C点横梁及支撑要拆除，拆除后板桩底部BD跨 B h2=2.1m
可用一端固定，一端铰支计算偏于安全。 h1=4.5m
受力土如下： PD D 砼垫层
qD qB
D 4.5 m B
图4

钢板桩上B点的主动土压力强度为：
P B=γHKa
γ： 粘性土容重，γ=18 KN/m3;
H：主动土压高度，H= h2+h3 =3m
Ka：主动土压力系数，为0.568，Ka=tg2（45。-φ/2），内摩擦角
φ=16。。
则：P B=30.7 KN/m2;
分布在1延米(2.5块)钢板桩上的压力为:
qB=1* PB=30.7 KN/ m;
同理：qD=76.7 KN/ m;
图4受力情况又可分解如下：

qD- qB qB
D 1 B D 2 B
图5
情况1：在x=3l/8处，板桩的弯矩最大
Mmax1=9（qD- qB）L2/128=109.2 KN.m
情况2: 在x=0.447l处，板桩的弯矩最大
Mmax2=0.02989qBL2=27.8 KN.m
BD段的钢板桩所受的最大弯矩小于:
Mmax1+ Mmax2=137 KN.m
拉森Ⅳ型钢板桩1米宽截面抵抗矩为2037cm3,则最大抗压强度为:
σ= MmaxCE/W=137KN.m/2037cm3
=67.3 Mpa＜[σ]=170 Mpa 安全
2、B点横梁（纵桥向19.5m）及支撑（横桥向16.5m）验算
⑴ 横梁验算
B点横梁承受一半AB与BD段的土压力强度:
qB=γ*Ka*HB*（h2+h1）/2
γ： 粘性土容重，γ=18 KN/m3;
Ka：土的压力系数，为0.568，Ka=tg2（45。-φ/2），内摩擦角
φ=16。。
HB：横梁距基坑顶的距离，为：h2+h3=3m；
H2：AB点间距，为2.1m；
H1：BD点间距，为4.5m；
则 qB=101.2 KN/m
B横梁上的支撑最大水平间距为5m，相邻跨间距为2.5m，按三跨不等跨计算偏于安全，则横梁上最大弯矩为： Mmax= 0.219×qB*2.52=138.5 KN.m
W= Mmax/[σ]
W：横梁的截面抵抗矩；
[σ]：A3钢的容许抗弯强度，为170Mpa；
则：W=814.8 cm3
横梁选用I36a工字钢，W=875 cm3＞814.8cm3 可以
⑵支撑验算
支撑最大水平间距为5m，相邻跨为2.5m，则每根支撑上的轴向压力为：
RB= qB*（5+2.5）/2=379.5 KN
拟采用2[32b槽钢
长细比：λ=l/I
l：支撑长度，取1600 cm；
i：支撑回转半径，i=12.11cm；
λ=132.1，由《结构设计规范》查得稳定系数为：
φ=0.372
支撑容许抗压强度为：σ=N/φ*A
N：支撑的轴向压力，N= RB=379.5 KN；
A：支撑的截面积，A=2A[32b=2×54.9=109. 8 cm2；
σ=34.5 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
3、A点横梁（纵桥向19.5m）及支撑（横桥向16.5m）验算
⑴ 横梁验算
A点横梁承受一半AB与全部h3段的土压力强度:
qA=γ*Ka*HA*h2/2+γ*Ka*HA*h3
γ： 粘性土容重，γ=18 KN/m3;
Ka：土的压力系数，为0.568，Ka=tg2（45。-φ/2），内摩擦角
φ=16。。
HA：横梁距基坑顶的距离，为： h3=0.9m；
h2：AB点间距，为2.1m；
h3：A点距基坑顶的距离，为0.9m；
则 qA=17.9 KN/m
A横梁上的支撑最大水平间距为5m，相邻跨间距为2.5m，按三跨不等跨连续梁计算偏于安全，则横梁上最大弯矩为：
Mmax=0.219 ×qA*2.52=24.5 KN.m
W= Mmax/[σ]
W：横梁的截面抵抗矩；
[σ]：A3钢的容许抗弯强度，为170Mpa；
则：W=144.1 cm3
横梁选用I18工字钢，W=185.4 cm3＞144.1 cm3 可以
⑵支撑验算
支撑水平间距为2.5m+5m+2.5m，则支撑上的最大轴向压力为：
RA= qA*（5+2.5）/2=67.1 KN
拟采用[32b槽钢
长细比：λ=l/I
l：支撑长度，取1650 cm；
i：支撑回转半径，i=12.11cm；
λ=132.2，由《结构设计规范》查得稳定系数为：
φ=0.372
支撑容许抗压强度为：σ=N/φ*A
N：支撑的轴向压力，N= RA=67.1 KN；
A：支撑的截面积，A=A[32b=54.9 cm2；
σ=32.8 Mpa ＜[σ]=145 Mpa 可以
三、横桥向（16.5m方向）横梁及角撑验算
1、A`点横梁（横桥向16.5m）及角撑验算 225 1300 2
⑴ 横梁验算 19.5m 330α=34.2。
由二中的3知A`点横梁承受的土压力强度: 330β=38.7。
q`A= qA=17.9 KN/m 图6
A`横梁上的角撑水平间距为3.3m，按简支梁计算偏于安全，则横梁上最大弯矩为： Mmax= qA*l2/8=24.4 KN.m
W= Mmax/[σ]
W：横梁的截面抵抗矩；
[σ]：A3钢的容许抗压强度，为145Mpa；
则：W=168.3 cm3
横梁选用I18工字钢，W=185.4 cm3＞138.6 cm3 可以
⑵角撑验算
角撑水平间距为3.3m，则每根角撑上的轴向压力为：
R`A1= qA*3.3/cosα=97.35 KN
拟采用[20b槽钢
长细比：λ=l/I
l角撑长度，l= 2252+3302 =399.4cm；
i：角撑回转半径，i=7.64cm；
λ=52.3，属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为：σ=N/ A
N：角撑的轴向压力，N= R`A1=97.35 KN；
A：角撑的截面积，A=A[20b=32.83 cm2；
σ=29.7 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
R`A2= qA*3.3/cosβ=103.2 KN
拟采用[20b槽钢
长细比：λ=l/I
l：角撑长度，l= (225+300)2+(330+330)2 =843.3cm；
i：角撑回转半径，i=7.64cm；
λ=110，由《结构设计规范》查得稳定系数为：
φ=0.469
角撑容许抗压强度为：σ=N/φA
N：角撑的轴向压力，N= R`A2=103.2 KN；
A：角撑的截面积，A=A[20b=32.83 cm2；
σ=54.8 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
2、B`点横梁（横桥向16.5m）及角撑验算
⑴ 横梁验算
由二中的2知B`点横梁承受的土压力强度:
q`B= qB=101.2 KN/m
B`横梁上的角撑水平间距为3.3m，按简支梁计算偏于安全，则横梁上最大弯矩为： Mmax= qB*l2/8=137.8 KN.m
W= Mmax/[σ]
W：横梁的截面抵抗矩；
[σ]：A3钢的容许抗压强度，为140Mpa；
则：W=984.2 cm3
横梁选用I40b工字钢，W=1139.0 cm3＞984.2 cm3 可以
⑵角撑验算
角撑水平间距为3.3m，则每根角撑上的轴向压力为：
R`B1= qB*3.3/cosα=403.8 KN
拟采用[32b槽钢
长细比：λ=l/I
l：角撑长度，l= 2252+3302 =399.4cm；
i：角撑回转半径，i=12.11cm；
λ=33，属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为：σ=N/ A
N：角撑的轴向压力，N= R`B1=403.8 KN；
A：角撑的截面积，A=A[32b=32.83 cm2；
σ=73.6 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
R`B2= qB*3.3/cosβ=427.9 KN
拟采用[32b槽钢
长细比：λ=l/I
l：角撑长度，l= (225+300)2+(330+330)2 =843.3cm；
i：角撑回转半径，i=12.11cm；
λ=69.6，由《结构设计规范》查得稳定系数为：
φ=0.731
角撑容许抗压强度为：σ=N/φA
N：角撑的轴向压力，N= R`B2=427.9 KN；
A：角撑的截面积，A=A[32b=32.83 cm2；
σ=106.6 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
3、C`点横梁（横桥向16.5m）及角撑验算
⑴ 横梁验算
由一中的3知C`点横梁承受的土压力强度:
q`C= qC=292.7 KN/m
C`横梁上的角撑水平间距为3.3m，按三等跨连续梁计算，则横梁上最大弯矩为： Mmax= qC*l2*Km=263.43 KN.m
Km为弯距系数取0.1
W= Mmax/[σ]
W：横梁的截面抵抗矩；
[σ]：A3钢的容许抗压强度，为140Mpa；
则：W=2276.8 cm3
横梁选用I56a工字钢，W=2342.31 cm3＞2276.8 cm3 可以
⑵角撑验算
角撑水平间距为3.3m，则每根角撑上的轴向压力为：
R`C1= qC*3.3/cosα=1167.8 KN
拟采用2[40b槽钢
长细比：λ=l/I
l：角撑长度，l= 2252+3302 =399.4 cm；
i：角撑回转半径，i=14.71 cm；
λ=27.2，属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为：σ=N/ A
N：角撑的轴向压力，N= R`C1=1167.8 KN；
A：角撑的截面积，A=2A[40c=182.08 cm2；
σ=64.1 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
R`C2= qC*3.3/cosβ=1237.7 KN
拟采用[40c槽钢
长细比：λ=l/I
l：角撑长度，l= (225+300)2+(330+330)2 =843.3cm；
i：角撑回转半径，i=14.71cm；
λ=57.3，属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为：σ=N/ A
N：角撑的轴向压力，N= R`C2=1237.7 KN；
A：角撑的截面积，A=2A[40c=182.08 cm2；
σ=68 Mpa ＜[σ]=140 Mpa 可以
四、 桩稳定性验算
⑴基坑底的隆起验算
K=（2πc+γt*ht）/（γ*H）
K:抗隆起安全系数
c:土的粘聚力,取26KPa;
γt：垫层混凝土的重度,为25KN/m3;
ht：垫层厚度，0.5m；
γ:土的重度,为18KN/m3;
H:坑壁土的深度,为8.0m;
K=1.22＞1.2 安全
⑵基坑底的管涌验算
K=[γ’*（h+2*T）]/γw*h
K:抗管涌安全系数；
γ’:土的浮重度,为8KN/m3;
h:水头差,在河中为4+3=7m;
T：板桩的入土深度，设计为6.7m；
γw：地下水的重度，为10KN/ m3;
K=2.3 ＞ 1.5 满足要求

—— 结束 ——

一个钢板桩围堰材料明细

1、 拉森Ⅳ型钢板桩：长14.7m190块，计206.7T
2、 I18b工字钢72m，计1.737T；
3、 I36a工字钢72m，计4.320T；
4、 I56a工字钢33m，计3.507T；
5、 I50c工字钢39m，计4.521T；
6、 [16b槽钢36m，计0.711T；
7、 [20b槽钢49.7m，计1.281T；
8、 [32b槽钢346.7m，计14.943T；
9、 [40c槽钢291.4m，计20.826T；

变更后一个钢板桩围堰材料合计：
拉森Ⅳ型钢板桩206.7T
型钢支撑51.846T
变更前18#墩一个钢板桩围堰材料合计：
拉森Ⅲ型钢板桩139.1T
型钢支撑29.92T
变更前17#墩一个钢板桩围堰材料合计：
拉森Ⅲ型钢板桩150.5T
型钢支撑33.93T