深基坑钢板桩支护计算

1、工程简介

越南沿海火力发电厂3期连接井位于电厂厂区内，距东边的煤灰堆场约100m，连接井最南侧距海边约30m~40m。现根据施工需要，将连接井及部分陆域段钢管段设置成干施工区域，即将全部连接井及部分陆域钢管段区域逐层开挖成深基坑，然后在基坑进行施工工作。基层四周采用CDM桩或者钢板桩进行支护。干施工区域平面图如下所示

图1.1干施工区域平面图

1

＋1.30－0.70

图1.2 基坑支护典型断面图（供参考）

2、设计资料

1、钢板桩桩顶高程为+3.3m ；

2、地面标高为+2.5m ，开挖面标高-5.9m ，开挖深度8.4m ，钢板桩底标高-14.7m 。

3、坑内外土体的天然容重γ为16.5KN/m 2，内摩擦角为Φ=8.5度，粘聚力c=10KPa ；

4、地面超载q ：按20 KN/m 2考虑；

5、钢板桩暂设拉森Ⅳ400×170 U 型钢板桩，W=2270cm 3，[δ]=200MPa ，桩长18m 。

3内力计算

3.1支撑层数及间距

按等弯矩布置确定各层支撑的间距，则钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度为：

m

603.2mm 2603742

.05.162270102006r ][653a =≈⨯⨯⨯⨯==K W h δ

h 1=1.11h=1.11×2.603m=2.89m h 2=0.88h=0.88×2.603m=2.29m

根据现场施工需要和工程经济性，确定采用两层支撑，第一层h=1.2m ，支撑标高+1.3m ；第二层支撑h 1=2m ，支撑标高-0.7m 。

3.2作用在钢板桩上的土压力强度及压力分布

主动土压力系数 Ka=tan ²(45°-φ/2)= tan ²(45°-8.5°/2)= 0.742 被动土压力系数 Kp=tan ²(45°+φ/2)=tan 2(45°+8.5°/2)=1.347

工况一：安装第一层支撑后，基坑内土体开挖至-0.7m （第二层支撑标高）。 1、主动土压力：a a a P =qK γzK +

①z=0m P a =20×0.742+16.5×0×0.742=14.84KN/m 2

②z=3.2m （地面到基坑底距离)）

P a =20×0.742+16.5×3.2×0.742=54.02KN/m 2 2、被动土压力：p p P =γzK ①z=3.2m(地面到基坑底距离)

P p =16.5×（3.2-3.2）×1.347=0KN/m 2

②z=17.2m(地面到钢板桩底距离)

P p =16.5×（17.2-3.2）×1.347=311.157KN/m 2

3、计算反弯点位置：

假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，则有：P a =P p

P a =20×0.742+16.5×z ×0.742=P p =16.5×(z-3.2)×1.347

z=8. 61m

4、等值梁法计算内力：

钢板桩AD 段简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩，

从中求出最大弯矩M max ，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力R b 、R d ，R b 即为作用在第一层支撑上的荷载。

图1.3等值梁计算图式

求得：R b =173.81KN/m ；(即第一层围檁每米受力173.81KN/m)

R d =82.48KN/m ；

工况二：安装第二层支撑后，基坑开挖至-5.9m 。 1、主动土压力：a a a P =qK γzK

①z=0m P a =20×0.742+16.5×0×0.742=14.84KN/m 2

②z=8.4m P a =20×0.742+16.5×8.4×0.742=117.7KN/m 2

③z=17.2m P a =20×0.742+16.5×17.2×0.742=225.4KN/m 2

2、被动土压力：

p p

P =γzK

①z=8.4m P p =γzK p =16.5×(8.4-8.4)×1.347=0KN/m 2 ②z=17.2m P p =γzK p =16.5×(17.2-8.4)×1.347=195.6KN/m 2 3、计算反弯点：Pa=P p

假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，则有：P a =P p

P a =20×0.742+16.5×z ×0.742=P p =16.5×(z-8.4)×1.347

求得：z=20.19 m

4、等值梁法计算内力

钢板桩AE段简化为连续简支梁，用力矩分配法计算各支点和跨中的弯矩，从中求出最大弯矩M max，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力R b、R c、R e，R b、R c即为作用在第一层、第二层支撑上的荷载。

图1.3等值梁计算图式

求得：R b=-3286KN/m；

R c=4474.94KN/m；

图1.4 钢板桩受力图

3.3计算钢板桩最小入土深度

钢板桩入土深度主要受两个因素的影响，一是竖向不产生管涌，二是基底土体横向不产生侧移。

按工况二考虑，以土体侧向稳定性来分析：

m

K K R x a p c 86.51742.0-347.15.1694

.44746)(6=⨯⨯=-=

）

（γ

最小入土深度t=1.1（y+x ）=1.1×（0+51.86）=57.046m

实际入土深度8.8m ＜57.046m ，不满足规范要求。基坑底部土体会发生横向侧移。

4、稳定性验算

4.1抗倾覆稳定性验算

1、从第二层支撑以下外侧主动土压力对支撑点的力矩： M QC =(54.02+225.4)×14÷2×14×2/3=18255.44

2、内侧被动土压力对第二层支撑点的力矩： M RC =195.6×8.8÷2×(5.2+8.8×2/3)=9524.416

3、抗倾覆稳定性安全系数

K Q =M RC /M QC =19048.332÷18255.44≈0.52＜1.05 不符合规范要求。

4.2基底抗隆起稳定性分析：

地基承载力系数：

N q =e πtg φtg 2(45+φ/2)= e πtg8.5tg 2(45+8.5/2)=2.153

N c =(N q -1)÷(tg φ)=(2.153-1)÷(tg8.5)=7.715

抗隆起安全系数