钢板桩结构验算(深)

一、设计概况

K4+364.96箱涵位于玉井溪附近，箱涵尺寸为2孔2.5×5m，中心长度为86.502m。箱涵小里程侧紧邻玉井溪河道，原地面高程4.3m，涵洞基坑底标高为0.81m，开挖深度3.49m。根据开挖地质探坑显示，此处原地表50cm以下为淤泥层，水位标高为3.5m。设计变更涵洞开挖玉井溪侧采用SP-Ⅳ型9m长的拉森钢板桩

一、基坑尺寸及其水位情况

贤良路K0-047~K0-012段污水管道管径为90cm，根据《市政排水管道工程及附属设施06MS201-2》要求沟槽宽度为2.3m，基坑尺寸为：35m×4m，地面标高：5.4m，沟槽顶（放坡开挖地面、钢板桩支护顶面）标高为：2.5m，基坑底面标高为：-2.2m。内湖稳定水位标高为：0m。

二、钢板桩围堰设计

我部计划在箱涵开挖中选用长度为9mIV型拉森钢板桩。支撑及围壈材料选用H400型钢（400*400*21*13）。围堰尺寸定为：35m×2.3m。围堰钢板桩采用方形导向框，安装导向框，此处导向框兼作围檩使用。

H400型钢（400*400*21*13）截面参数

Ix=65361.58cm4 Iy=22406.55cm4

Wx=3268.07cm3 Ix=17.45cm

Iy=10.21cm 截面积A=214.54cm2

IV钢板桩截面参数：

A=236cm2/m，Ix=39600cm4/m，Wx=2200cm3/m

三、设计计算

1、土层物理力学指标：本次涵洞施工开挖深度只达到②-1淤泥层，具体各层岩土物理力学指标如下：

2、整体稳定性分析

因本工程设置了支撑，故未进行整体性验算。

3、钢板桩入土深度验算及板桩选择

按单锚浅埋板桩计算假定上端为简支，下端为自由支撑，这种板桩相当于单跨简支梁，作用在钢板桩上位为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响。平均重度均为：18.4KN/M3，平均内摩擦角为25.7。。开挖深度H=3.85m。

本工程根据《公路施工手册-桥涵》,水文地质为第二种情况，内摩擦角取δ=25.7。，单撑——形式（二），坑沿活载34KN/m2。查图2-2-53，曲线2-2计算如下：

⑴固定荷载：

h=0.7*H=3.29

M=0.12*H3 =124.6KN.m

R=0.24*H2=53KN

⑵活荷载：

Δh=0.1m

ΔM=0.3*H+0.5*H2=124.6KN.m

ΔR=0.3+0.12H=8.6KN

⑶固+活

h+Δh=3.29+0.1=3.39(所需最小入土深度)

M+ΔM=249.2KN.m R+ΔR=61.6KN

⑷板桩选择（钢板桩是IV号钢，常用容许弯曲应力为1800kg/cm2

W=（M+ΔM）/【δ】=13820000/（18000*1.5）=511.9cm3

即：选择9m长，本工程采用拉森IV钢板桩（W=2072cm3）可满足要求。

对钢板桩入土深度计算进行复核

以不产生管涌为控制条件计算钢板桩长度。

不产生管涌的安全条件为：K*i*rw≤rb。

式中K为安全系数取2。

水容重取rw=10KN/m3

水力梯度i=h1/（h1+2x）

计算：K*I*rw≤rb

2*1.4*10/(1.4+2X) ≤9.3

得x≥0.59m，不会发生管涌

结论：方案中埋深为9-（3.4+0.9)=4.7m＞0.52m，满足要求。

4、支撑系统：

为了减小基坑开挖难度和工程施工的安全性。本工程支撑采用两道支撑，支撑位置在涵洞两端拐角。具体布置见下图：

玉井溪

拉森钢板桩

鲍鱼场交战路

红薯地

9m拉森钢板桩

玉井溪K4+364.96箱涵

水位线

3.8m

4.66m

1.71m

根据施工具体情况，第一层支撑安装在标高3m处（h1=7.34m）。

横撑间隔采用L=1.7m

围檩边梁弯矩：M=RL2 /8=280.6KN.m

根据《桥涵公路施工手册》，R=1.3H2+13×H=89.8KN

则边梁所需截面矩W>M/180=1559cm3,选用H400型钢（W=3268.07cm3）可满足结构受力。

5、导梁验算

为了简化计算，假设导梁以上的荷载与导梁以下荷载的一半由第一层导梁承受，其余由地基承受。

5.1作用在钢板桩上的土压力强度及分布图：

作用在基坑周围的沿基坑活荷载换算成填土高度：

h’=34/19.3=1.76m

Pa水位线以上=r*h*ka=19.3*(1.76+5.4)*tg2(45。-30。

/2)=46.06KN/m2

Pa基坑底（淤泥顶面）土压力强度=（19.3*7.16+（19.3-10）

*1.4)*0.839=126.86KN/m2

Pa 基坑底水压力强度=10*1.4=14 KN/m2

土压力分布图

基坑底面

施工水平面施工平台顶面

126.86/2

46.06/2

31.32/2

5.2各内导梁反力计算

为了简化计算，假设按简支梁计算（利用等值梁法进行计算），假定横梁承受相邻两跨各半跨的压力。

导梁所承受的荷载：

q 1=(31.32*1.7)/2+(31.32+46.06)*0.5=65.31KN/m

5.3导梁内力计算

支撑间距为5m ，导梁所承受的最大弯矩为：

M max=q 1*l 2

/8=65.31*5*5/8=204.09 KN.m

f= M max/w=204.09*103/(3268.07*10-6)=62.4MPa<215 Mpa 满足要求。

5.4支撑杆验算