包河橋鋼板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算書教材

1、鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算書一、工程概況1、地形、地質(zhì)和水文場地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)見表1。地下水位標(biāo)高為47.5m。表 1土層層底標(biāo)層厚重度( )c(kPa) 滲透系壓縮模高 (m)(m)(kN/m 3數(shù)量)(m/d)(MPa)磚渣土362.515810粉土29.66.41726.114.2粉質(zhì)粘26.273.331726.114.2土粉土23.82.471726.114.2坑內(nèi)進(jìn)行土層的計(jì)算參數(shù)見表。表 2土層層底標(biāo)層厚重度( )c(kPa) 滲透系壓縮模高 (m)(m)(kN/m 3數(shù)量)(m/d)(MPa)粉土36.61.91726.114.2粉質(zhì)粘33.33.31726.114.2土粉土30.

2、832.471726.114.2m(kN/kmax(km4 )N/m 3)m(kN/kmax(km4 )N/m 3)12434.21243012430現(xiàn)狀河床標(biāo)高約 +45.8m，規(guī)劃河道底標(biāo)高為44.3m，設(shè)計(jì)防洪水位為48.5m，樁基采用筑島施工，筑島地面標(biāo)高為+48.8m，設(shè)計(jì)常水位為 +46.89m。1#、 2#號墩承臺施工時(shí)按 +48.5mm 圍堰頂標(biāo)高進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析，承臺底標(biāo)高為 41.5m。墩位位置粉土層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，粉土快剪試驗(yàn)粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值C=14.2kpa，內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值 =26.1o，天然重度 =17KN/m 3，干重度為 14.1。河道圍堰填土為磚渣土回填，取 C=

3、8kpa， =10o， =15KN/m 3。2、鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)包河橋基坑開挖深度為 7m，采用鋼板樁 +內(nèi)支撐作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長為 12m，樁頂標(biāo)高為 38.5m。計(jì)算時(shí)考慮地面超載 20kPa。1q=201( 磚渣土)hw=17=H4( 粉土)5=D( 粉質(zhì)粘土)( 粉土)板樁共設(shè) 2 道支撐，見下表。中心標(biāo)高（ m）剛度（ MN/m 2）預(yù)加軸力（ kN/m ）37.559.17034.559.170鋼板樁圍堰內(nèi)平面尺寸（內(nèi)邊線）為 66x9.4m，圍堰頂標(biāo)高為 +48.5m，鋼板樁底口標(biāo)高為 +36.3m，樁長 12m，鋼板樁選用拉森（規(guī)格 400*170*15.5 ）型止水鋼板樁。承臺底

4、標(biāo)高為 +41.5m，考慮基坑內(nèi)部兩側(cè)東西向開挖 0.5m 深排水溝，基坑開挖底標(biāo)高 41.5m，基坑深度計(jì)算按 7.0m，設(shè)置兩道框架式內(nèi)支撐， 第一道內(nèi)支撐設(shè)置標(biāo)高為 +47.5m，第二道內(nèi)支撐設(shè)置標(biāo)高為 +44.5m，內(nèi)支撐主要由工字鋼梁和鋼管撐桿組成。內(nèi)支撐腰梁采用 2I25a 工字鋼，鋼管撐采用 400 x5 鋼管撐桿，鋼管撐間距 3m 一道，基坑四個(gè) 90邊角各設(shè)一道角撐。主要材料用量：構(gòu)件單位數(shù)量鋼板樁拉森（ 400*170 厚其中 4 根為角樁15.5mm） 長 12m根380鋼管撐400 x5長 9.1m根38鋼管角撐400 x5長 3.9m根82鋼圍檁2I25am304鋼板

5、樁圍堰施工方案圖三、計(jì)算參數(shù)取值1、鋼材彈性模量E=2.1x105Mpa，泊松比取 0.3 。32 、 Q235 鋼抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215Mpa ，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=125Mpa 。3、粉土天然容重 =17KN/m 3，粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值 C=14.2kpa，內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值 =26.1o。4、主要計(jì)算構(gòu)件的截面特性表 1主要計(jì)算構(gòu)件截面特性表構(gòu)件截面積 A(cm2)慣性矩 Ix (cm 4)截面模量 Wx(cm3)回轉(zhuǎn)半徑 i(cm)鋼板樁（ 1 米寬） 238.8347312037 400 x5 鋼管62.812096.8604.8142I25a9710034802.812.5，

6、9I25a48.515017401.410.2， 2.4四、計(jì)算工況工況編號工況類型深度 (m)支撐剛度支撐編號預(yù)加軸力(MN/m 2 )(kN/m)1開挖1.52加撐159.17103開挖4.54加撐459.17205開挖7工況一：基坑深度1.5m，準(zhǔn)備安裝第一道內(nèi)支撐，鋼板樁為懸臂狀態(tài)。工況二：基坑深度1.5m，1m深位置安裝第一道內(nèi)支撐。工況三：基坑深度4.5m，準(zhǔn)備安裝第二道內(nèi)支撐。工況四：基坑深度4.5m，4m深位置安裝第二道內(nèi)支撐。工況五：基坑深度7m，挖至槽底。工況簡圖如下：41.514.54工況1工況2工況3工況47工況 5五、計(jì)算內(nèi)容1、鋼板樁打入深度計(jì)算。2、鋼板樁圍堰抗管

7、涌計(jì)算。3、鋼板樁圍堰基坑底抗隆起計(jì)算。4、鋼板樁結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。5、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。六、結(jié)構(gòu)計(jì)算1、鋼板樁打入深度計(jì)算按工況 5 計(jì)算鋼板樁打入深度，基坑深度7.0m，鋼板樁入土深度 5.0m。用m法近似計(jì)算鋼板樁入土深度。H：計(jì)算基坑深度， 6.5m: 容重， 17C：粘聚力， 14.2：快剪內(nèi)摩擦角， 26.1主動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算： Ka=tan2(45-D /2)= 0.389被動(dòng)動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算：Kp=tan2(45 + D /2)= 2.57由下圖， MR的斜率： Kn=（ Kp-Ka） =17（ 7.439-0.1344）=37.0775主動(dòng)土壓力 e1=MQ=Ka.H=0.13

8、44177=46.29KN/m2DB板樁上的荷載 GDBM一半傳至 D 點(diǎn)，另一半傳至被動(dòng)土壓力MRB，則：.（Kp-Ka ）.x2-Ka.H.x-Ka. .H.L5=037.077x2-46.29 x -46.29 3=0解得 x=2.66m 7/2=3.5故，鋼板樁打入基坑底以下深度不小于3.5m，取 5.0m 則板樁總長度：L=7.0+5.0=12，實(shí)際取 12m。2、鋼板樁圍堰抗管涌計(jì)算鋼板樁圍堰不發(fā)生管涌的條件是：滿足最大滲流力不大于土體浮容重，即：K.j. w b抗管涌安全系數(shù)，取 1.5 j ：最大滲流力， j=h/(h+2t)w：地下水重度，取 10KN/m 3b：土的浮容重，

9、 b=- w=7KN/m 3h：基坑深度， 7.0t ：鋼板樁入土深度， 5.0K.j. w=1.57.0/(7.0+25.0) 10=6.18 b=7，不會發(fā)生管涌。3、基坑底抗隆起計(jì)算取最不利的工況5 進(jìn)行計(jì)算。抗隆起安全系數(shù) :K=(2 +2.C)(.H )+(2.H 2.Ka. tan +4H.C)(.H.h )= (2 17 12 0.389 tan26.1 +2 14.2) (17 12)+(2 17 1220.389 tan26.1 +41214.2)(1712 7 )=2.64 1.1故，基坑不會隆起。4、鋼板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算6整體穩(wěn)定驗(yàn)算Y20OX( 雜填土)7( 粉土)5(3)(

10、4)安全系數(shù) K=2.03 ,圓心 O( 2.04 , 0 )極限平衡嵌固深度驗(yàn)算水土合算 ,矩形荷載20147444Pa=262kN5Pp=774kN3.95m1.91mO力矩比 K=1.82壓力比 K=3.140.5( 雜填土)( 粉土)(3)(4)7200.5( 雜填土)74m( 粉土)5(3)(4)坑底抗隆起驗(yàn)算K=2.644.1內(nèi)力計(jì)算工況一：工況 1:水土合算 ,矩形荷載50-5100500-50 -100500-501.5000222444666888101010121212開挖到 1.5m深度(m)深度(m)深度(m)水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力 (kN)Max:0

11、Max:0Max:0工況二：8工況 2:水土合算 ,矩形荷載50-5100500 -50-100500-501.5 0kN/m1000222444666888101010121212在1m處加支撐深度(m)深度(m)深度(m)水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力 (kN)Max:0Max:0Max:0工況三：工況 3:水土合算 ,矩形荷載50-5100500 -50-100500-5014.3kN/m10002224.5444666888101010121212開挖到 4.5m深度(m)深度(m)深度(m)水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力 (kN)Max:1.8Max:30.9Ma

12、x: -17.8工況四：9工況 4:水土合算 ,矩形荷載50-5100500 -50-100500-5014.3kN/m10002224.5 -0kN/m4444666888101010121212在4m處加支撐深度(m)深度(m)深度(m)水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力 (kN)Max:1.8Max:30.9Max: -17.8工況五：工況 5:水土合算 ,矩形荷載50-5100500 -50-100500-501.9kN/m100022264.9kN/m44447666888101010121212開挖到 7m深度(m)深度(m)深度(m)水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力

13、 (kN)Max:4.3Max:57.8Max:48.74.2強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算內(nèi)力包絡(luò)圖：10包絡(luò)圖 ( 水土合算 ,矩形荷載)50-5100500 -50 -100500-5000037.3kN/m22269.1kN/m444666888101010121212深度(m)深度(m)深度(m)水平位移 (mm)彎矩 (kN*m)剪力 (kN)Max:4.6-20 57.4-36.3 47.3鋼板樁在五個(gè)工況情況下最大彎矩為，最大剪力 N=47.3KN。則最大彎曲應(yīng)力： 彎=M/W=(57.42037) 1000=28.18MPa =215 MPa最大剪應(yīng)力： 剪=N/A=（ 47.3 238.8

14、 ） 100=19.8MPa =125 MPa鋼板樁強(qiáng)度和剛度均滿足設(shè)計(jì)要求。5、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算5.1內(nèi)力計(jì)算第二道內(nèi)支撐：內(nèi)支撐承受鋼板樁傳遞過來的水土壓力，作用在內(nèi)支撐上的荷載取鋼板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的最大支反力，第二道內(nèi)支撐取工況5 的鋼板樁支反力R1=69.1KN，即作用在內(nèi)支撐框架梁上的線荷載為q1=48.9KN/m。計(jì)算簡圖及結(jié)果如下：11計(jì)算簡圖計(jì)算結(jié)果：軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩-142.47150.41-134.08-142.47-56.896.20-312.52124.38-2.52-312.52-124.38-2.52-142.4756.896.20-142.47-150.41-

15、134.08-150.41142.47-134.08-150.41-64.83-17.62-331.68105.22-60.00-331.68-102.08-55.30-331.68104.55-54.48-331.68-102.75-51.79-331.68103.65-51.80-331.68-103.65-51.80-331.68102.75-51.79-331.68-104.55-54.48-331.68102.08-55.30-331.68-105.22-60.00框架腰-150.4164.83-17.62-150.41-142.47-134.08梁-142.47150.41-134

16、.08-142.47-56.896.20-312.52124.38-2.52-312.52-124.38-2.52-142.4756.896.20-142.47-150.41-134.08-150.41142.47-134.08-150.41-64.83-17.62-331.68105.22-60.00-331.68-102.08-55.30-331.68104.55-54.48-331.68-102.75-51.79-331.68103.65-51.80-331.68-103.65-51.80-331.68102.75-51.79-331.68-104.55-54.48-331.68102.

17、08-55.30-331.68-105.22-60.00-150.4164.83-17.62-150.41-142.47-134.08-248.427.948.72-248.427.9442.39角撐-248.42-7.94-8.72-248.42-7.94-42.39-248.427.94-42.39-248.427.94-8.72-248.42-7.94-8.72-248.42-7.94-42.3912-206.630.00-0.81-206.630.00-0.81-206.400.000.01-206.400.000.01中支撐0.00-0.01-206.400.00-0.01-206.40-206.630.000.81-206.630.000.81第二道內(nèi)支撐框架型鋼最大彎矩M=134.04KNm，最大剪力N=150.41KN，最大軸力 F=331.68KN。中支撐桿最大軸力F=248.42KN，角支撐桿最大軸力F=206.63KN。5.2 強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算第二道內(nèi)支撐：1）框架型鋼 2I25a最大彎矩 M=134.04KN m，最大剪力 N=150.41KN，最大軸力 F=331.68KN。則最大彎曲應(yīng)力： 彎=M/W=(134.04802.8) 1000=166.97MPa【】最大剪應(yīng)力：=N/A=（150.41 97） 10=15.5MPa【】最