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ｒ（KN/m3）
内摩擦角φ（°）
凝聚力
c（KPa）
备注
ZK50
人工回填土
2.6
18.4
23

淤泥质粉质粘土
10.2
15.9
4.4
5.5

细砂
1.1
19.3
0
0

ZK56
人工回填土
1.9
18.4
23

淤泥质粉质粘土
1.3
15.9
4.4
5.5

淤泥质粉砂
10.2
19.3
14.2
0

粉质粘土
0.6
20.1
22.2
17.3

ZK64
人工回填土
1.9
18.4
23
17.3

粉土
1.6
20.3
6.2
28

淤泥质粉粘土
5.5
15.9
4.4
5.5

粉质粘土
2.4
20.1
22.2
17.3

全风化泥质粉砂岩
2.6
19.3
14.2
40.5

2、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
［σw］（MPa）
容许剪应力
［τ］（MPa）
备注
SKSPⅢ
191
16800
1340
210
120

SKSPⅣ
242.5
38600
2270
210
120

3、拉森钢板桩最大悬臂长度的计算：

3.1、根据xx开挖深度h＝3m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：ｒ＝（18.4×2.6＋15.9×0.4）/3＝18.0 KN/m3
φ＝（23×2.6＋4.4×0.4）/3＝20.52
Ka＝tga2（45°－φ/2）=0.481
ZK56：ｒ＝（18.4×1.9＋15.9×1.1）/3＝18.0 KN/m3
φ＝（23×1.9＋4.4×1.1）/3＝16.18
Ka＝tga2（45°－φ/2）=0.564
ZK64：ｒ＝（18.4×1.9＋20.3×1.1）/3＝19.09 KN/m3
φ＝（23×1.9＋6.2×1.1）/3＝16.84
Ka＝tga2（45°－φ/2）=0.551
3m深度处的最大主动土压力荷载：
ZK50：q＝ｒ×h×Ka＝25.974 KN/m
ZK56：q＝ｒ×h×Ka＝30.456 KN/m
ZK64：q＝ｒ×h×Ka＝31.556KN/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、SKSPⅢ型拉森钢板桩（只用于开挖深度3～4m的管道）
Mmax≦Wx×［σw］
1/6*h*h*19.09*h*0.551*10000≦2270*210
故h≦3.0m
因SKSPⅢ型拉森钢板桩用于开挖深度为3～4m的管道，大于其最大悬臂长度，故需加支撑。
3.2.2、SKSPⅣ型拉森钢板桩（只用于开挖深度4～6.5m的管道）
Mmax≦Wx×［σw］
1/6*h*h*19.09*h*0.551*10000≦1340*210
故h≦2.52m
因SKSPⅣ型拉森钢板桩用于开挖深度为4～6.5m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3～4m采用9m SKSPⅢ型拉森钢板桩，基槽开挖深度在4～6.5m采用12m SKSPⅣ型拉森钢板桩。
4.1.1、9m SKSPⅢ型拉森钢板桩（取土层最大影响深度9m）：
ZK50：ｒ＝（18.4×2.6＋15.9×6.4）/9＝16.22 KN/m3
φ＝（23×2.6＋4.4×6.4）/9＝9.77
Ka＝tga2（45°－9.77/2）=0.710
Kp＝tga2（45°＋9.77/2）=1.409
ZK56：ｒ＝（18.4×1.9＋15.9×1.3＋19.3×5.8）/9
＝18.62KN/m3
φ＝（23×1.9＋6.2×1.3＋4.4×5.8）/9＝14.64
Ka＝tga2（45°－14.64/2）=0.596
Kp＝tga2（45°＋14.64/2）=1.676
ZK64：ｒ＝（18.4×1.9＋20.3×1.6＋15.9×5.5）/9
＝17.21 KN/m3
φ＝（23×1.9＋6.2×1.6＋4.4×5.5）/9＝8.56
Ka＝tga2（45°－8.56/2）=0.741
Kp＝tga2（45°＋8.56/2）=1.350
根据Ka×ｒ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 SKSPⅣ型拉森钢板桩（取土层最大影响深度12m）：
ZK50：ｒ＝（18.4×2.6＋15.9×9.4）/12＝16.44 KN/m3
φ＝（23×2.6＋4.4×9.4）/12＝8.43
Ka＝tga2（45°－8.43/2）=0.550
Kp＝tga2（45°＋8.43/2）=1.344
ZK56：ｒ＝（18.4×1.9＋15.9×1.3＋19.3×8.8/12
＝18.79 KN/m3
φ＝（23×1.9＋6.2×1.3＋4.4×8.8）/12＝14.53
Ka＝tga2（45°－14.53/2）=0.599
Kp＝tga2（45°＋14.53/2）=1.670
ZK64：ｒ＝（18.4×1.9＋20.3×1.6＋15.9×5.5＋20.1×2.4＋19.3×0.6）/12＝17.89 KN/m3
φ＝（23×1.9＋6.2×1.6＋4.4×5.5＋22.2×2.4＋14.2×0.6）/9＝11.62
Ka＝tga2（45°－11.62/2）=0.664
Kp＝tga2（45°＋11.62/2）=1.504
根据Ka×ｒ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 SKSPⅢ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∑MA＝0，亦即
F*1.5+EaHa－EpHp＝F*1.5+Ea*2/3*(H＋t)－Ep（H+2/3*t）＝0
其中：主动土压力Ea＝1/2ea（H+t）＝1/2*ｒ*（H+t）2Ka
被动土压力Ep＝1/2ept＝1/2*ｒ*t2Kp
ｒ＝17.21 KN/m3,φ＝8.56,Ka＝0.741,Kp＝1.350，H=4m
F=Ea－Ep
将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：t3＋6t2－37t－24.5＝0
解得 t＝4.2m，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4.2m＝8.7m，故采用9m SKSPⅢ型拉森钢板桩支护满足3～4m基槽开挖深度的要求。

4.3.2 开挖5m 深SKSPⅣ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∑MA＝0，亦即
F*1.5+EaHa－EpHp＝F*1.5+Ea*2/3*(H＋t)－Ep（H+2/3*t）＝0
其中:主动土压力Ea＝1/2ea（H+t）＝1/2*ｒ*（H+t）2Ka
被动土压力Ep＝1/2ept＝1/2*ｒ*t2Kp
ｒ＝17.89 KN/m3,φ＝11.62, Ka＝0.664, Kp＝1.504， H=5m
F=1/2* ea*(H＋t)－1/2* ept
将各参数分别代入弯矩平衡方程式得： t3＋9t2－52t－196.3＝0
解得 t＝5.8m，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5m＝11.3m，故采用12m SKSPⅣ型拉森钢板桩单支撑支护满足4～5m基槽开挖深度的要求。

4.3.3开挖6.5m 深SKSPⅣ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∑MA＝0，亦即
F1*0.5+F2*3.5+EaHa－EpHp＝F1*0.5+F2*3.5+Ea*2/3*(H＋t)－Ep（H+2/3*t）＝0
其中:主动土压力Ea＝1/2ea（H+t）＝1/2*ｒ*（H+t）2Ka
被动土压力Ep＝1/2ept＝1/2*ｒ*t2Kp
ｒ＝17.89,φ＝11.62, Ka＝0.664, Kp＝1.504，H=6.5m
根据扣板桩受力平衡即F1+F2+Ep－Ea＝0及扣板桩下端弯矩平衡即（5＋t）*F1+(3+t)*F2+Ep/3－（6.5＋t）*Ea/3=0方程组求得：
F1=(1.5+0.33t) Ep -(0.42+0.33t)* Ea
F2=(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： t3＋13t2－44t－65.8＝0
解得 t＝3.7m，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6.5m＝10.7m，故采用12m SKSPⅣ型拉森钢板桩双支撑支护满足5～6.5m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：Ix＝66900cm4 Wx＝3340cm3 ［σw］＝210MPa［τ］＝120MPa,S=219.5cm2
由4.3.1中得知q＝F/1=（Ea－Ep）/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Mmax＝0.08*ql2＝0.08*226*52=452 KN*m
Wx×［σw］＝3340*210/1000=701.4 KN*m﹥Mmax
故腰梁满足抗弯要求
6.1.4抗剪验算：
最大剪力Qmax＝0.6*ql＝0.6*226*5=678KN
［τ］*S=210*219.5/10=4609.5KN﹥Qmax
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：Ix＝66900cm4 Wx＝3340cm3 ［σw］＝210MPa［τ］＝120MPa,S=219.5cm2
由4.3.2得知q＝F/1= Ea – Ep=196.1 KN/m
6.2.2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Mmax＝0.08*ql2＝0.08*196.1*52=392.2 KN*m
Wx×［σw］＝3340*210/1000=701.4 KN*m﹥Mmax
故腰梁满足抗弯要求
6.2.4抗剪验算：
最大剪力Qmax＝0.6*ql＝0.6*196.1*5=588.3KN
［τ］*S=210*219.5/10=4609.5KN﹥Qmax
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：Ix＝40300cm4 Wx＝2300cm3 S＝173.9cm2
HW400*400腰梁参数：Ix＝66900cm4 Wx＝3340cm3 S=219.5cm2
［σw］＝210MPa［τ］＝120MPa
由4.3.3得知q1＝F1/1=(1.5+0.33t) Ep -(0.42+0.33t)* Ea =126.7 KN/m
q2＝F2/1 (1.42+0.33t)* Ea-(2.5+0.33t) Ep＝321.6 KN/m
6.3.2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
Mmax＝0.08*ql2＝0.08*126.7*42=162.2 KN*m
Wx×［σw］＝2300*210/1000=483 KN*m﹥Mmax
故HW350*350腰梁满足抗弯要求
HW400*400腰梁最大弯矩
Mmax＝0.08*ql2＝0.08*321.6*42=411.6 KN*m
Wx×［σw］＝3340*210/1000=701.4 KN*m﹥Mmax
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Qmax＝0.6*ql＝0.6*126.7*4=304.1KN
［τ］*S=210*173.9/10=3651.9KN﹥Qmax
故HW350*350腰梁满足抗剪要求
HW400*400腰梁最大剪力Qmax＝0.6*ql＝0.6*321.6*4=771.8KN
［τ］*S=210*219.5/10=4609.5KN﹥Qmax
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4m
7.1.1参数计算（不考虑土的粘结力）
N=5q=5×226＝1130KN
回转半径＝1.8cm
按最大开挖宽度2.8m自由长度lo＝0.5*(2.8-0.4)=1.00m
长细比100/1.8=75﹤56
φ＝1.02－0.55（＋20）2/10000=0.702
容许压应力［σ］＝140 MPa
钢管截面积Am＝π/4*()＝3.14/4*(0.3332-0.3252)=0.0041m2
N/Am＝1130/0.0041*1000=276 MPa﹥φ*［σ］=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=14.5KPa
N=5(q－2*c*H√Ka＋2*c2/ｒ)=5(226-2*9*14.5*√0.741+2*14.52/17.21)
=128.8KN
N/Am＝128.8/0.0041*1000=31.4 MPa﹤φ*［σ］=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=14.5KPa
N=5(q－2*c*H√Ka＋2*c2/ｒ)=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lo＝0.5*(2.8-0.4)=1.00m
长细比100/1.8=75﹤56
φ＝1.02－0.55（＋20）2/10000=0.702
容许压应力［σ］＝140 MPa
钢管截面积Am＝π/4*()＝3.14/4*(0.3332-0.3252)=0.0041m2
N/Am＝395.1/0.0041*1000=96.4 MPa﹤φ*［σ］=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=14.5KPa
Ea=0.5*17.89*122*0.664-2*14.5*12*√0.664＋2×14.52/17.89=595.2KN
Ep=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lo＝0.5*(2.8-0.4)=1.00m
长细比100/1.8=75﹤56
φ＝1.02－0.55（＋20）2/10000=0.702
容许压应力［σ］＝140 MPa
钢管截面积Am＝π/4*()＝3.14/4*(0.3332-0.3252)=0.0041m2
N/Am＝390.8/0.0041*1000=95.3 MPa﹤φ*［σ］=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。