深基坑钢板桩计算书

深基坑钢板桩计算书(共7页)

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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（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+，桥跨布置：简支梁、（+4×+）连续梁，桥全长。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1# 北大桥 下花园2# 北大桥 下花园张台 北大桥 2、戴家营大桥，中心里程：DK139+，桥跨布置：简支梁，桥全长。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） 京台 1# 2# 3# 4# 戴家5# 营大6# 桥 7# 8# 9# 10# 张台 备注 扩大基础 3、戴家营北大桥，中心里程：DK140+，桥跨布置：简支梁+简支梁+简支梁，桥全长。本桥承台6个，除4#承台外，其余承台基坑开挖深度均超过

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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） 京台 1# 戴家2# 营北3# 大桥 4#沟底 张台 备注 4、戴家营北特大桥，中心里程：DK141+，桥跨布置：简支梁，桥全长。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 京台 1# 2# 614 3# 4# 5# 6# 戴家7# 营北8# 特大 9# 桥 10# 11# 12# 13# 14# 15# 张台 5、董家庄大桥，中心里程DK144+，桥跨布置：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） 京台 1# 董家2# 庄大3# 桥 4# 张台 备注 3

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，取最大开挖高度验算，基坑开挖对钢板桩稳定性要求最高的断面如下图。

原地面线钢板桩垂直支护承台排水沟混凝土垫层

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）= 式中：Ka——主动土压力系数

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ψ——土体内摩擦角

表面土压力强度为： δa=q Ka-2c√Ka =-2*18*√=

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***18*√=

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

25.20Kpa28.95Kpa

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）= Kx=tan2（45°+ψ/2）= tan2（45°+20/2）= r Kxy=r Ka（h+y）

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y=r Kah/（rKx-r Ka）=18**（18**）=

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，钢结构受力简图如下

25.20Kpa28.95Kpa六、桩体的最大弯矩

由上图可知，最大土压力Q为 Q=**2=m

最大弯矩处距钢板桩插入地基处为x，则 x=（h-z）/3=3=

由∑Mi=0可知，最大弯矩Mmax为 Mmax=***（+）+****2/3=（KN*m)

故最大土压力Q为m，最大弯矩Mmax为（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~系数，t=（~）t1

取∑MQ=O，则

Qx=1/6【Kx r（z1+y）- Ka r（h+ z1+y）】z12可得

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z1=√6Q/(Kx r- Ka r)= √6*(18**= 则t=*（+）=

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，则

δmax= Mmax/βW=*105/*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

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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）= Nc=（ -1）/tg20=

K=（rNQ+cNc）/【r（h+t）+q】=（18*+10*）/18*（+）+0 =>

根据设计规范要求，地板抗隆起安全系数为，本项目经计算后为，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时，满足基坑稳定性要求，则最小桩长Lmin=+=，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。

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