钢板桩支护计算模块.docx

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施工临时设计（验算）
专项模块

钢板桩围堰设计及计算

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目 录
1、设计说明或简介 1
2、设计（验算）依据规范或标准 1
2.1规范或标准 1
2.2参考文献 1
3、计算（验算）项目 2
3.1钢板桩支护结构的荷载作用 2
3.1.1土压力 2
3.1.2水流力、波浪力 3
3.1.3其它作用力 3
3.2钢板桩支护结构的计算 3
3.2.1悬臂式钢板桩计算 3
3.2.2单撑（单锚）钢板桩计算 5
3.2.3多撑（多锚）式钢板桩计算 8
3.3稳定性验算 11
3.3.1基坑底部土体的抗隆起稳定性验算 11
3.3.2抗管涌验算 14
3.3.3抗倾覆稳定性验算 15
3.4变形估算 16
4、构件设计 16
4.1钢板桩设计 16
4.2围檩设计 17
4.3支撑设计 17
4.4立柱设计 17
4.5构造要求 18
5、工程实例 18
5.1手算 18
5.1.1工程简介 20
5.1.2设计资料 21
5.1.3内力计算 22
5.1.3.1支撑层数及间距 22
5.1.3.2作用在钢板桩上的土压力强度及压力分布 22
5.1.3.3计算钢板桩最小入土深度 26
5.1.4稳定性验算 27
5.1.4.1抗倾覆稳定性验算 27
5.1.4.2基底抗隆起稳定性分析： 27
5.1.5钢板桩及支撑系统设计 27
5.1.5.1支撑系统内力计算 27
5.1.5.2钢板桩设计 28
5.1.5.3围檩设计 28
5.1.5.4支撑设计 29
5.1.5.5立柱设计 29
5.2电算 30
5.2.1支护方案 32
5.2.1.1基本信息 32
5.2.1.2超载信息 33
5.2.1.3附加水平力信息 33
5.2.1.4土层信息 33
5.2.1.5土层参数 33
5.2.1.6支锚信息 33
5.2.1.7土压力模型及系数调整 34
5.2.1.8工况信息 34
5.2.2结构计算 34
5.2.2.1各工况 34
5.2.2.2内力位移包络图 36
5.2.2.3地表沉降图 37
5.2.3稳定性验算 37
5.2.3.1整体稳定验算 37
5.2.3.2抗倾覆稳定性验算 38
5.2.3.3抗隆起验算 40
5.2.3.4隆起量的计算 43
5.2.3.5抗管涌验算 44
5.2.3.6嵌固深度计算 44
5.2.4构件验算 45
5.2.4.1钢板桩验算 45
5.2.4.2围檩受力验算 45
5.2.4.3支撑受力计算 46
5.2.4.4立柱受力计算 48

47

1、设计说明或简介
1.1工程设计施工图纸；
1.2工程地质勘查报告；
1.3施工现场实际施工条件；
1.4施工场地临近建筑物及地下管线分布情况；
2、设计（验算）依据规范或标准
2.1规范或标准
1）钢结构设计规范[S]，GB50017-2003
2）建筑基坑支护技术规程[S] ，JGJ 120-99
3）基坑工程设计规程，DBJ-61-97
4）基坑工程技术规范，DG/TJ08-61-2010
5）热轧U型钢板桩，GB/T20933-2007
2.2参考文献
1）【深基坑工程设计施工手册】 中国建筑工业出版社，2000，赵志绪 应惠清
2)【基础工程学】 中国水利水电出版社，2002，陈国兴
3）【基坑工程手册】（第二版） 中国建筑工业出版社，2009，刘国彬 王卫东
3、计算（验算）项目
3.1钢板桩支护结构的荷载作用
3.1.1土压力
支护结构承受的土压力，与土层地质条件、地下水状况、支护结构构件的刚度亦即施工工况、方法、质量等因素密切相关。由于这些因素千变万化，十分复杂，因此难于计算土压力的准确值。目前国内、外常用的计算土压力方法仍以库仑公式或郎肯公式为基本计算公式。库仑公式和郎肯公式均为假设土体为极限平衡状态下的计算公式。
1、主动土压力强度
①无粘性土

②粘性土

式中：γ——土的容重
c、Φ——分别为土的粘聚力、内摩擦角
z——计算点处土体深度
Ka——郎肯主动土压力系数

2、被动土压力强度
①无粘性土

②粘性土

式中：γ——土的容重
c、Φ——分别为土的粘聚力、内摩擦角
z——计算点处土体深度
Kp——郎肯被动土压力系数

3.1.2水流力、波浪力
临水基坑钢板桩结构一侧或多侧邻水，围护结构可能承受水流力及周期性波浪作用力。
3.1.3其它作用力
在钢板桩基坑设计时，还需要考虑施工车辆荷载及基坑周边的超载、建筑基础荷载等荷载。而临水基坑的钢板桩支护结构中，钢板桩除受波浪、水流荷载作用外，还可能出现其它环境荷载，特别是当钢板桩在水面以上的悬臂端较长时，风荷载成为不可忽略的因素。
3.2钢板桩支护结构的计算
钢板桩支护结构的计算方法很多，包括古典的静力平衡法、等值梁法等，和解析求解的弹性法到弹性地基梁法（平面/空间）、连续介质数值计算方法等。
古典的静力平衡法、等值梁法均不考虑墙体及支撑变形，将土压力作为外力施加于支护结构，然后通过求解水平方向合力及支撑点弯矩为零的方程得到结构内力。虽然这些方法未考虑墙体变形及墙体于土的相互作用，但在工程界仍广泛运用。
3.2.1悬臂式钢板桩计算
悬臂式钢板桩挡墙无撑无锚，完全依靠钢板桩的入土深度保持挡墙的稳定。一般用于开挖深度不大的基坑工程中。
静力平衡法（自由支撑法）：
悬臂式板桩的入土深度和最大弯矩的计算按以下步骤进行

图3.2.1悬臂式板桩计算图式
①通过计算确定板桩埋入深度t1，假定埋入深度为t1，然后将净主动土压力acd和净被动土压力def对e点取力矩，要求由def产生的抵抗力矩大于由acd所产生的倾覆力矩的2倍，即防倾覆的安全系数为2以上。
②确定实际所需深度t，将通过计算求得的t1增加15%，以确保钢板桩的稳定性。
入土深度 t=t1×1.15
③求入土深度t2处剪力为零的点g，通过计算求出g点，该点净主动土压力acd应等于被动土压力dgf。
④计算最大弯矩，此值应等于acd和dgh绕g点的力矩之差值。
⑤选择板桩截面，根据求得的最大弯矩和钢板桩材料的截面抗弯模量确定板桩型号。

U型钢板桩截面图
表3.2-1 钢板桩参数表

3.2.2单撑（单锚）钢板桩计算
单撑（单锚）钢板桩根据入土深度的深浅，计算方法分为两种，当入土深度较浅时，板桩的上端为简支，下端为自由支承；当入土深度较深时，下端则为固定支承。
1、单撑浅埋钢板桩计算
假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在板桩后的土压力为主动土压力，作用在墙前的为被动土压力（图3.2.2-1）。

图3.2.2-1 单撑浅埋板桩计算简图
为使钢板桩保持稳定，作用在板桩上的力Ra、Ea、Ep必须平衡，对A点取矩等于零，即,亦即

整理上式可求得最小入土深度t：

再由，即可求得作用在A点的支撑反力Ra

根据求得的入土深度t和支撑反力Ra，可计算并绘出钢板桩的内力图，依此求得剪力为零的点，该点截面处的弯矩即为板桩最大弯矩Mmax。
据此最大弯矩和钢板桩材料的允许应力选择板桩的截面。而由支撑反力即可设计内支撑或锚拉结构。
板桩的入土深度主要取决于桩前的被动土压力，而被动土压力只有当土体产生较大变形时才会产生，因此计算时，被动土压力只取其一部分，安全系数多取为2。
2、单撑深埋钢板桩计算
单撑深埋板桩上端为简支，下端为固定支承，用等值梁法计算为简便。其计算简图如图3.2.2-2所示。

图3.2.2-2 用等值梁法计算单撑板桩简图
ab为一根梁，一端为简支，另一端固定，其反弯点在c点。如c点切断ab梁，并于c点置一自由支承形成ac梁，则ac梁上的弯矩图将保持不变，此ac梁即为ab梁上ac段的等值梁。
用等值梁计算板桩，为简化计算，常用土压力等于零点的位置来代替反弯点的位置。其计算步骤如下：
①计算作用于板桩上的土压力强度，并绘出土压力分布图，计算土压力强度时，应考虑板桩墙于土的摩擦作用，将板桩墙前和墙后的被动土压力分别乘以修正系数（为安全起见，对主动土压力则不予折减），钢板桩的被动土压力修正系数见下表：
表3.2.2 钢板桩的被动土压力修正系数

②计算板桩墙上土压力强度等于零的点离挖土面的距离y，在y处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后的主动土压力，即

式中：Pb——挖土面处钢板桩墙后的主动土压力强度值；
其余符号意义同前。
③按简支梁计算等值梁的最大弯矩Mmax和两个支点的反力（即Ra和P0）
④计算板桩墙的最小入土深度t0

X根据P0和墙前被动土压力对板桩底端D点的力矩相等求得，即：

板桩下端的实际埋深应位于x之下，所需实际板桩的入土深度为
t=(1.1～1.2)t0
一般取下限1.1，当板桩后面为填土时取1.2。
用等值梁法计算板桩是偏于安全的，实际计算时常将最大弯矩予以折减，折减系数根据经验为0.6～0.8，一般采用0.74。
3.2.3多撑（多锚）式钢板桩计算
3.2.3.1支撑（锚杆）的布置和计算
支撑（锚杆）层数和间距的布置，影响着钢板桩、支撑、围檩的截面尺寸和支护结构的材料量，其布置方式有以下两种：
1、等弯矩布置
这种布置是将支撑布置成使钢板桩各跨度的最大弯矩相等，充分发挥钢板桩的抗弯强度，可使钢板桩材料用量最省，计算步骤为：
①根据工程的实际情况，估算一种型号的钢板桩，并查得或计算其截面模量W。
②根据其允许抵抗弯矩，计算板桩悬臂部分的最大允许跨度h。

式中，[δ] ——钢板桩抗弯强度设计值；
W——截面抗弯模量；
γ——钢板桩后土的重度
Ka——主动土压力系数；
③计算板桩下部各层支撑的跨度，把板桩视作一个承受三角形荷载的连续梁，各支点近似的假定为不转动，即把每跨看作两端固定，可按一般力学计算各支点最大弯矩都等于Mmax、Mmin时各跨的跨度，其值如图3.1.3-1所示。
④如果算出的支撑层数过多或过少，可重新选择钢板桩的型号，按以上步骤进行计算。

图3.2.3-1 支撑的等间距布置
2、等反力布置
这种布置是使各层围檩和支撑所受的力都相等，使支撑系统简化。
计算支撑的间距时，把板桩视作承受三角形荷载的连续梁，解之即得到各跨的跨度如图3.1.3-2所示：

图3.2.3-2 支撑的等反力布置
这样除顶部支撑压力为0.15P外，其他支撑承受的压力均为P，其值按下式计算：

通常按第一跨的最大弯矩进行板桩截面的选择。
3.2.3.2多撑（多锚）式钢板桩入土深度计算
多撑（多锚）式钢板桩入土深度，可用盾恩近似法或等值梁法进行计算。
1、盾恩近似法计算
其计算步骤如下：
①绘出板桩上土压力的分布图，经简化后的土压力分布如图3.2.3-3所示。

图3.2.3-3 多层支撑板桩计算简图
②假定作用在板桩FB′段上的荷载FGN′B′。一半传至F点上，另一半由坑底土压力MB′R′承受。
由图3.2.3-3几何关系可得：

即:
式中：Ka、Kp、H、L5均为已知，解得x值即为入土深度。
③坑底被动土压力的合力P的作用点，在离基坑底2x/3处的W点，假定此W点即为板桩入土部分的固定点，所以板桩最下面一跨的跨度为：

④假定F、W两点皆为固定端，则可近似地按两端固定计算F点的弯矩。
2、等值梁法计算
其计算步骤同单撑（单锚）板桩：
①绘出土压力分布图，如图3.2.3-4；

图3.2.3-4 等值梁法计算多层支撑板桩计算简图
（a）土压力分布图；（b）等值梁；（c）入土深度计算简图
②计算板桩上土压力强度等于零点离开挖面的距离y值；
③按多跨连续梁AF，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Mmax,以验算板桩截面，并可求出各支点反力RB、RC、RD、RF，即作用在支撑上的荷载。
④根据RF和墙前被动土压力对板桩底端O的力矩相等的原理可求得x值，而 t0=y+x
所以板桩入土深度为：t=(1.1～1.2) t0
3.3稳定性验算
3.3.1基坑底部土体的抗隆起稳定性验算
包括以下内容：
3.2.1.1板桩底地基承载力，按照下式计算：
结构底平面作为求极限承载力的基准面，可由以下公式求抗隆起安全系数

式中：γ1——坑外地表至板桩底，各土层天然重度的加权平均值；
γ2——坑内开挖面以下至板桩底，各土层天然重度的加权平均值；
c——桩底处地基土粘聚力；
q——基坑外地面荷载；
h0——基坑开挖深度；
D——板桩在基坑开挖面以下的桩入土深度；
Nq、Nc——地基承载力系数；

Φ——桩底处地基土内摩擦角；
Kwz——围护墙底地基承载力安全系数，根据基坑重要性取值。一级基坑工程取2.5；二级基坑工程取2.0；三级基坑工程取1.7。
备注：基坑工程根据其重要性分为以下三级：
1、符合下列情况之一时，属一级基坑工程：
①支护结构作为主体结构的一部分时；
②基坑开挖深度大于、等于10米时；
③距基坑边两倍开挖深度范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护时。
2、除一级、三级以外的均属二级基坑工程；
3、开挖深度小于7米，且周围环境无特别要求时，属三级基坑工程。

图3.3.1-1 围护墙底地基承载力验算图式
3.3.1.2基坑底部土体的抗隆起稳定性
按照下式计算：

式中：MRL——抗隆起力矩；

γ——围护墙底以上地基土各土层天然重度的加权平均值；
D——围护墙在基坑开挖面以下的入土深度；
Ka——主动土压力系数，取；
c、Φ——滑裂面上地基土的粘聚力和内摩擦角的加权平均值；
h0——基坑开挖深度；
α1——最下一道支撑面与基坑开挖面间的水平夹角；
α2——以最下一道支撑点为圆心的滑裂面圆心角；
q——坑外地面荷载；
MSL——隆起弯矩，;
KL——抗隆起稳定性安全系数；一级基坑工程取2.5；二级基坑工程取2.0；三级基坑工程取1.7。

图3.2.1-2 基坑底抗隆起计算简图
3.3.2抗管涌验算
地下水位较高的地区，开挖后会形成水头差，产生渗流，当渗流较大时，有可能造成底部管涌稳定性破坏。因此，验算管涌稳定性也是十分必要的，可通过下式对其进行验算：

式中：ic——临界水力坡度，
ρ——坑底土体相对密度
e——坑底土体天然空隙比
i——渗流水力坡度，
hw——坑内外水头差；
L——最短渗流流线长度；
Kg——抗渗流安全系数，取1.5～2.0。基坑底土为砂性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取最大值。

图3.3.2 基坑底土体渗流计算简图
3.3.3抗倾覆稳定性验算
钢板桩结构的抗倾覆稳定性，可按下式验算：

式中：MRC——抗倾覆力矩。取基坑开挖面以下钢板桩入土部分坑内侧压力，对最下一道支撑或锚定点的力矩。
MQC——倾覆力矩。取最下一道支撑或锚定点以下钢板桩坑外侧压力，对最下一道支撑或锚定点的力矩。
KQ——抗倾覆稳定性安全系数，一级基坑工程取1.20；二级基坑工程取1.10；三级基坑工程取1.05。

图3.3.3 抗倾覆稳定计算图式
3.4变形估算
当基坑附近有建筑物和地下管线时，必须对支护进行变形估算，以确保建筑物及管线的安全，变形包括支护周围土体变形和地基回弹变形两部分，对于中小基坑地基回弹变形可不进行估算。
基坑周围土体的变形应根据土质、支护情况及当地经验采用合适的估算方法，本文采用以下公式计算：

式中：k1——修正系数，对于钢板桩k1=1.0；
h——基坑开挖深度；
α——地表沉降量与基坑开挖深度之比（%），可参照图3.4查得；

图3.4 α系数表
4、构件设计
4.1钢板桩设计
计算出最大弯矩Mmax后，可根据下式对钢板桩进行选型：
（4-1）
式中：σmax——桩身最大应力；
W——钢板桩截面抵抗矩；
β——抵抗矩折减系数，对于小启口钢板桩，当设有整体围檩和冠梁时，β取1.0，不设冠梁或围檩分段设置时，β取0.7；
4.2围檩设计
围檩实际情况按照连续梁或简支梁计算其最大弯矩，一般采用工字钢或H型钢，可根据下式进行选型：
（4-2）
式中各参数意义同前。
4.3支撑设计
支撑按偏心受压构件计算。偏心弯矩除竖向荷载产生的弯矩外，还应考虑轴向力对构件初始偏心距的附加弯矩。初始偏心距可根据《钢结构设计规范》相关规定计算。同时，考虑到支撑预压力和温度的影响，验算时轴力宜乘以1.1～1.2的增大系数。构件型号可根据下式确定：
（4-3）
式中：N——轴心压力；
A——构件界面面积；
φ——稳定系数，根据《钢结构设计规范》相关规定取值；
Mmax——构件自重引起的最大弯矩；

4.4立柱设计
立柱截面承载力计算应符合下列规定：
1、立柱截面承载力应按偏心受压构件计算。开挖面以下立柱的竖向荷载和水平承载力按单桩承载力验算：
2、立柱截面的弯矩应包括下列各项：
1）竖向荷载对立柱截面形心的偏心弯矩；
2）支撑轴向力1/50的横向力对立柱产生的弯矩；
3）土方开挖时，作用于立柱的侧向土压力引起的弯矩。
3、立柱受压计算长度取竖向相邻水平支撑的中心距，最下一层支撑以下的立柱取该层支撑中心线至开挖面以下5倍立柱直径（或边长）处的距离。
4、立柱按轴心受压构件计算时，轴向力设计值可按下列经验公式确定：

式中：Nzl——水平支撑及柱自重产生的轴力设计值；
Ni——第i层交汇于本立柱的最大支撑轴力设计值；
n——支撑层数。
4.5构造要求
1、为防止接缝处漏水，在沉桩前应在锁口处嵌填黄油、沥青或其它密封止水材料，必要时可在沉桩后坑外注浆防水或另施工防水幕墙。
2、在基坑转角处的支护钢板桩，应根据转角的平面形状做成相应的异性转角桩，且转角桩和定位桩宜加长1m。
5、工程实例
5.1手算

连云港徐圩新区
横五路蒿东河桥项目

主桥系杆钢板桩围堰
设计与计算（手算）
5.1.1工程简介
横五路蒿东河桥梁工程位于连云港徐圩新区XW-6单元横五路，跨越蒿东河，起点位于6号路路口，终点位于9号路路口，路线全长360m。本阶段先实施中间两幅车行道。桥梁全长261.2m，其中主桥为95m上承式系杆拱桥，两侧引桥分别为6×13=78m空心板梁。
为了抵抗拱桥的水平推力，拱脚之间设置预应力系杆，系杆与拱肋交于承台，通过承台两者实现力的传递。系杆标准断面为350cm×140cm的矩形断面，系杆设计底标高-3.5m，顶面标高-2.1m。系杆下每隔6米设置1根45m长D80钻孔灌注桩。平面示意图如下。

图5.1-1 主桥平面布置图

图5.1-2 主桥立面布置图
本工程地处海积平原，桥位区地质条件主要为淤泥地质。淤泥土体呈灰色、饱和、流塑，夹粉砂薄层。普遍分布。该土层顶埋深1.00～6.00m、平均2.72m；层顶标高-2.8～2.27m、平均厚度0.67m；厚度12.6～18.90m，平均16.00m。
为满足现场施工要求，主桥系杆钢板桩围堰设计尺寸为纵桥向72m，横桥向30m，钢板桩初步决定采用12m长400×170 U型钢板桩。系杆底层设置20cm石子垫层和50cm钢筋混凝土封底。
图5.1-3 钢板桩平面布置图

图5.1-4 钢板桩立面布置图
5.1.2设计资料
1、钢板桩桩顶高程为±0.0m；
2、地面标高为±0.0m，开挖面标高-4.2m，开挖深度4.2m；
3、坑内外土体的天然容重γ为16.2KN/m2，内摩擦角为Φ=10度，粘聚力c=10KPa；
4、地面超载q：按20 KN/m2考虑；
5、拟设置多层支撑，同层内每6m设置一道；每道支撑下设置2根立柱，采用24m长φ530钢管；
6、400×170 U型钢板桩，W=2270cm3，[δ]=200MPa，桩长12m。
5.1.3内力计算
5.1.3.1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：

h1=1.11h=1.11×1.34m=1.49m
h2=0.88h=0.88×1.34m=1.18m
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=1m，支撑标高-1.0m；第二层支撑h1=2m，支撑标高-3.0m。
5.1.3.2作用在钢板桩上的土压力强度及压力分布

工况一：安装第一层支撑后，基坑内土体开挖至-3.0m。
1、主动土压力：
①z=0m
②z=3m
③z=12m
2、被动土压力：
①z=4.2m
②z=12m
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：Pa=Pp

z=7.16m

图5.3-1 土压力计算简图
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Mmax，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力Rb、Rd，Rb即为作用在第一层支撑上的荷载。

图5.3-2等值梁计算图式

图5.3-3弯矩、剪力图
求得：Rb=127.1KN/m；
Rd=67KN/m；
x=3.8m 时 Mmax=151.7KN/m3。
工况二：安装第二层支撑后，基坑开挖至-4.2m。
1、主动土压力：
①z=0m
②z=4.2m
③z=12m
2、被动土压力：
①z=4.2m
②z=12m
3、计算反弯点：Pa=Pp
假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，则有：Pa=Pp

z=9.54m

图5.3-4 土压力计算简图
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Mmax，以验算钢板桩截面；并求出各支点反力Rb、Rc、Re，Rb、Rc即为作用在第一层、第二层支撑上的荷载。

图5.3-5等值梁计算图式

图5.3-6弯矩、剪力图
求得：Rb=-25KN/m；
Rc=293.7KN/m；
Re=56.5KN/m；
x=3m 时 Mmax=164.7 KN/m3。
此时第一层支撑承受拉力，与现场实际工况不符，故假设第一层支撑受力为零，计算第二层支撑受力。

图5.3-7弯矩、剪力图
求得：Rc=261.1KN/m；
Re=64.2KN/m；
x=6.2m 时 Mmax=142.3 KN/m3。
5.1.3.3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：

最小入土深度t=1.1（y+x）=1.1×（5.76+5.34）=12.21m
实际入土深度7.8m＜12.21m，不满足规范要求。基坑底部土体会发生横向侧移。
5.1.4稳定性验算
5.1.4.1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：
MQC=(48.3+150.94)×9×1/2×6=5381.1
2、内侧被动土压力对第二层支撑点的力矩：
MRC=179.43×7.8×(12-3-7.8/3)=8957.1
3、抗倾覆稳定性安全系数

符合规范要求。
5.1.4.2基底抗隆起稳定性分析：
地基承载力系数：

抗隆起安全系数

满足要求，基坑底部土体不会发生隆起。
5.1.5钢板桩及支撑系统设计
5.1.5.1支撑系统内力计算
1、围檩
按最不利工况考虑：
第一层围檩受力：按工况一考虑
q1=Rb=127.1KN/m
第二层围檩受力：按工况二考虑
q2=Rc=261.1KN/m
2、撑杆
撑杆按偏心受压构件计算其内力即可。
第一层支撑受力：按工况一考虑
R1=q1×（L1+L2）×1/2=127.1×(6+6)×0.5=762.6KN
第二层支撑受力：按工况二考虑
R2=q2×（L1+L2）×1/2=261.1×(6+6)×0.5=1566.6KN
5.1.5.2钢板桩设计
采用拉森型钢板桩，抗弯界面系数W=2270cm3，作用宽度400mm，折减系数β=1，按工况二计算则：

满足要求。
5.1.5.3围檩设计
两层围檩全部采用400×400×13×21双拼H型钢，单根抗弯界面系数W=3340cm3。
根据工况二，按简支梁计算，最大弯矩：

其中：q=Rc=261.1KN/m
作用宽度为0.8m，则

满足要求。
5.1.5.4支撑设计
钢支撑选用φ609×16mm钢管，单根支撑长度29.2m，支撑下设置两道立柱，支撑可简化为三跨连续简支梁，跨度为6.85m+15.5m+6.85m。
A=298.074cm2 ， Ix=131117.3cm4 ，Wx=4370.5cm3；
，查得折减系数φ=0.816；
自重弯矩

满足要求。
5.1.5.5立柱设计
采用φ530钢管，t=7mm，支撑之间设置纵向连接系杆（32a槽钢）。桩端应进入持力层2m，本工程为粉土层，插打深度自基坑顶部起24m。
计算参数：A=115.014cm2；W=1484cm3；Ix=39331.524cm4；
按工况二考虑，计算第二层支撑以下钢立柱的截面承载力和稳定性分析：
1、钢立柱计算长度：
l0=1.2+5×0.53=3.85m
长细比：
满足要求。
2、钢支撑及钢立柱自重产生的轴向力：（未考虑立柱自重）

钢立柱所受轴向力：
Nz=68.33+0.1×1566.6=224.93KN
3、考虑支撑轴力1/50对立柱产生的弯矩：
Mmax=1566.6×0.02×3.85=120.63KN·m
4、钢立柱应力：满足要求。
5.2电算

连云港徐圩新区
横五路蒿东河桥项目

主桥系杆钢板桩围堰

设计与计算(电算）

5.2.1支护方案
钢板桩支护计算简图

5.2.1.1基本信息
内力计算方法
增量法
规范与规程
《上海市基坑工程设计规程》 DBJ 08-61-97
基坑等级
三级
基坑深度H(m)
4.200
嵌固深度(m)
7.800
墙顶标高(m)
0.000
连续墙类型
钢板桩
├每延米板桩截面面积A(cm2)
242.50
├每延米板桩壁惯性矩I(cm4)
38600.00
└每延米板桩抗弯模量W(cm3)
2270.00
有无冠梁
无
防水帷幕
无
放坡级数
0
超载个数
1
支护结构上的水平集中力
0
5.2.1.2超载信息
超载
类型
超载值
作用深度
作用宽度
距坑边距
形式
长度
序号

(kPa,kN/m)
(m)
(m)
(m)

(m)
1

20.000
---
---
---
---
---
5.2.1.3附加水平力信息
水平力
作用类型
水平力值
作用深度
是否参与
是否参与
序号

(kN)
(m)
倾覆稳定
整体稳定
5.2.1.4土层信息
土层数
1
坑内加固土
否
内侧降水最终深度(m)
4.200
外侧水位深度(m)
1.500
内侧水位是否随开挖过程变化
是
内侧水位距开挖面距离(m)
0.000
弹性计算方法按土层指定
ㄨ
弹性法计算方法
m法
5.2.1.5土层参数
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角

(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
1
淤泥质土
18.00
16.2
6.2
10.00
10.00

层号
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角
水土
计算方法
m,c,K值
抗剪强度

擦阻力(kPa)
水下(kPa)
水下(度)

(kPa)
1
10.0
10.00
10.00
合算
m法
2.00
---
5.2.1.6支锚信息
支锚道数
2

支锚
支锚类型
水平间距
竖向间距
入射角
总长
锚固段
道号

(m)
(m)
(°)
(m)
长度(m)
1
内撑
6.000
1.000
---
---
---
2
内撑
6.000
2.000
---
---
---

支锚
预加力
支锚刚度
锚固体
工况
锚固力
材料抗力
材料抗力
道号
(kN)
(MN/m)
直径(mm)
号
调整系数
(kN)
调整系数
1
300.00
208.60
---
2～
---
2000.00
1.00
2
300.00
208.60
---
4～
---
2000.00
1.00

5.2.1.7土压力模型及系数调整
弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

层号
土类名称
水土
水压力
主动土压力
被动土压力
被动土压力

调整系数
调整系数
调整系数
最大值(kPa)
1
淤泥质土
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
5.2.1.8工况信息
工况
工况
深度
支锚
号
类型
(m)
道号
1
开挖
1.000
---
2
加撑
---
1.内撑
3
开挖
3.000
---
4
加撑
---
2.内撑
5
开挖
4.200
---
5.2.2结构计算
5.2.2.1各工况

5.2.2.2内力位移包络图：

5.2.2.3地表沉降图：

5.2.3稳定性验算
5.2.3.1整体稳定验算

计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
条分法中的土条宽度: 0.40m
滑裂面数据：整体稳定安全系数 Ks = 1.545
圆弧半径(m) R = 13.892
圆心坐标X(m) X = -1.378
圆心坐标Y(m) Y = 5.978
5.2.3.2抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数：

Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。
Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
工况1：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 撑 0.000 ---
2 内撑 0.000 ---

Ks = 11.603 >= 1.050, 满足规范要求。
工况2：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 333.333 ---
2 内撑 0.000 ---

Ks = 18.102 >= 1.050, 满足规范要求。
工况3：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 333.333 ---
2 内撑 0.000 ---

Ks = 4.347 >= 1.050, 满足规范要求。
工况4：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 333.333 ---
2 内撑 333.333 ---

Ks = 6.103 >= 1.050, 满足规范要求。
工况5：
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 333.333 ---
2 内撑 333.333 ---

Ks = 4.201 >= 1.050, 满足规范要求。
安全系数最小的工况号：工况5。
最小安全Ks = 4.201 >= 1.050, 满足规范要求。

5.2.3.3 抗隆起验算

Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

Ks = 1.845 >= 1.1，满足规范要求。
Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

Ks = 2.035 >= 1.15, 满足规范要求。
围护墙底地基承载力安全系数(一级基坑工程取2.5；二级基坑工程取2.0；三级基坑工程取1.7。):

Kwz = 1.845 >= 1.70, 满足规范要求。
基坑底部土体的抗隆起稳定性安全系数(一级基坑工程取2.5；二级基坑工程取2.0；三级基坑工程取1.7。):

KL = 3.284 >= 1.70, 满足规范要求。
5.2.3.4隆起量的计算
注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!
式中：δ———基坑底面向上位移(mm);
n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;
ri———第i层土的重度(kN/m3)；
地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);
hi———第i层土的厚度(m);
q———基坑顶面的地面超载(kPa);
D———桩(墙)的嵌入长度(m);
H———基坑的开挖深度(m);
c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);
φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);
r———桩(墙)顶面到底处各土