拉森钢板桩计算

钢板桩设计

地质状况

本工程项目座落在张家港市北部长江南岸张家港化工保税区内。

厂区位于长江冲积平原的河漫滩地，地形平坦。原自然地坪标高较底，场地平均高程，现已采用吹砂回填，将厂区地坪标高提高。根据地质报告，本工程土质上层为吹填砂，以下分别为粉质粘土夹粉土；粉细砂夹粉土，土的抗压、抗剪强度均较低，且难以采取有效的降排水措施。目前厂区内地下水位较高，土质松软，地质情况较为复杂。

该区地质结构断面如下图所示：

电梯井形状

本工程结构形式如下。目前基坑结构长米，宽米，基坑底标高，基坑深度米。池壁每一侧考虑米宽的工作面，则支护结构的尺寸为长米，宽米。

2 支撑式钢板桩挡土墙的构造

本工程采用内撑钢板桩挡土墙结构。其主要由钢板桩、支撑二部分组成，钢板桩起承受水平土压力防止土体沿滑动面滑动以及阻隔地下水的作用。它的稳定主要靠两道钢支撑使钢板桩保持垂直、稳定，并确保两侧土体不向基坑内发生位移，钢板桩应插入土体一定深度，防止土体滑动和基坑向上隆起。支撑式钢板桩支挡结构简单且便于施工，整个支挡系统均在基坑开挖过程中完成，作业（包括支撑和挖土）十分安全，施工质量容易保证，且较经济。3 钢板桩设计

其钢板桩和内钢支撑布置示意图如下：

钢板桩钢支撑立体布置图

安全围栏

2000 12m钢板桩

2000

4500

2000

钢板桩围檩及内支撑平面布置图

工字钢400×400围檩

φ377×10钢管支撑

φ630×12钢管支撑

4500

4500

本工程钢板桩采用Ⅳ型拉森钢板桩，长度为12m,宽度400mm。（即每块1m）。钢板桩水平围檩采用40号工字钢，内支撑采用Φ630×12的直撑钢管和Φ377×10的斜撑钢管。

为此，共需12米长的钢板桩数量：

N =（A+B）×2÷=（+）×2÷= 160根。

本方案基坑开挖深度最深按计算，设二道水平支撑。第一道水平钢支撑中心布置在处，第二道水平钢支撑中心布置在处，这样下道支撑距基坑底约为。

4 钢板桩支撑体系设计及验算以及基底土抗隆起验算

对内支撑基坑，造成基坑失稳的直接原因一般可归纳为两类：结构不足（墙体、支撑等的强度或刚度不足）和地基土强度不足。

根据地质资料和现场实际情况分析，本工程可不考虑管涌和承压水，不进行钢板桩的抗渗透稳定性验算。本设计主要计算钢板桩、围檩、支撑在施工全过程中的强度和稳定性，以及为防止基坑整体滑动和基底土隆起所需的钢板桩插入深度。

根据地质报告，计算出排水管道施工区域土的有关加权平均指标如下：

γ=18KN/m3 φ=20ºC=8kpa

本设计计算时取C=0，不考虑地下水的作用。仅考虑被动土压力修正系数k=（见《深基坑工程设计施工手册》），

土压力计算

主动土压力系数Ka=tg2(45º-20º/2)=

被动土压力系数Kp=tg2(45º+20º/2)=

被动土压力修正系数k=，则：Kp=kKp=

如图A所示，图中B点为R1和R2间的中间点(1/2点)，C点为R2与基坑底面间的中点。近似计算时，即认为R1等于e0与e1间的三角形荷载，R2等于e1与e2间的梯形荷载，土压力为：e i=K aγH i。另考虑基坑边土体和机械行走等产生的附加荷载，按20KN/m2计算。

上式中H i为土压力计算高度。

其中H1=1600；H B=3100；H2=4600；H C=5450；H3=6300。

经计算：e0=0

e1= KaγH1= ×18×=m2

eB= KaγHB= ×18×= KN/m2

e2= KaγH2= ×18×= KN/m2

eC= KaγHC =×18×= KN/m2

e3= KaγH3= ×18×= KN/m2

设支撑间间距均为L=，则通过公式：

Ri={[(e n +e n+1)/2] *h n+1+ qKa*h n+1} L可计算出支撑反力R1、R2

上式中h0=0；h0B=；h BC=；Q=qKa=20×= KN/m2。

则：R1= [(0+÷2×+20××]×= KN

R2=[+÷2×+20××]×= KN

e0

e1

e B

B

1

2 C

3 S O M e

4 Pp e3

Pa2

e c

Pa1

qka

R1

R2

q = 20kN/m2

图A：钢板桩支护计算示意图

钢支撑强度和稳定性验算

本工程二道长钢支撑均采用φ630×12钢管。已知Rmax=，A=232cm2, ｒ= cm，[f]=200Mpa。取安全系数为K=。

A、对钢管支撑长度15.0 m的直钢管，其长细比λ=，查表得φ=。

则由公式N/（φ×Α）≦[f]/ K可计算出15米长直支撑满足稳定性要求的允许压力为：

Nz=1160 KN >Rmax= KN 符合要求。

本工程二道钢斜支撑均采用φ377×10钢管。已知Rmax=，A=115cm2, ｒ= cm，[f]=200Mpa。取安全系数为K=。

B、对钢管支撑长度约6.0m的斜钢管，其长细比λ=，查表得φ=。

则由公式（N/（φ×Α）≦[f]/ K可计算出6米长斜支撑满足稳定性要求的允许压力为：

Nx= KN >√2 Rmax= KN 符合要求。

由此可见支撑的强度和稳定性均满足要求。

钢板桩抗弯验算

两道支撑间及下道支撑与基坑底面之间的钢板桩弯矩可以近似按照两端简支梁承受梯形荷载计算。查《静力计算手册》，可按以下公式计算钢板桩的最大弯矩：

M max=[q2L2/6]·{[2υ3-μ（1+μ）]/（1-μ）2}

上式中μ= q1/q2；υ=√（μ2+μ+1）/3

μ12= μ23=