钢板桩计算书钢平台.docx
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钢板桩计算书钢平台
浙江省甬台温高速公路复线-温州灵昆至阁巷工程
第3合同段钢板桩围堰（钢平台）
计
算
书
计算：
_________________
复核：
_________________
审核：
_________________
中交第二公路工程局有限公司
甬台温高速复线灵昆-阁巷段第3标段项目部
二〇一六年十一月
一、工程简介...........................................................1
二、计算依据...........................................................1
三、结构概况...........................................................2
四、钢板桩截面特性.....................................................4
五、地质情况...........................................................4
六、计算方法.......................................................4
6.2确定内支撑层数及间距............................................5
6.3本文计算作出如下假设：
..........................................5
七、施工步骤...........................................................6
八、各施工工况及内力计算...............................................6
8.1工况分析........................................................6
8.2钢板桩验算......................................................8
8.3拉森钢板桩的最小入土深度计算...................................17
8.3围囹计算.......................................................17
8.4封底砼厚度计算.................................................24
8.4.1围堰整体抗浮验算.............................................24
8.4.2封底砼强度验算...............................................25
8.5基坑底土抗隆起验算.............................................26
8.6基坑底管涌验算.................................................27
8.7钢板桩围堰验算结论.............................................28
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
欧飞1号高架桥钢平台钢平台钢板桩围堰计算书
一、工程简介
甬台温高速公路复线-灵昆至阁巷工程第3合同段欧飞1号高架桥，里程范围为
K287＋075～K291+125，全长约4050m。
大部分水中墩均需要采用拉森桩围堰施工系梁,系梁尺寸为14.82×1.90×
1.5m，14.82×1.80×1.5m，系梁最低顶标高为-3.9m，底标高为-5.4m，四面临水。
考虑架设钢平台，在钢平台上利用履带吊加振动锺，打入拉森钢板桩桩进行围堰支撑。
拉森桩打设完成后，进行围堰内冲泥挖土，破除桩头、进行系梁立柱施工，详细布置
见下图：
二、计算依据
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《简明深基坑工程设计施工手册》
《建筑桩基础规范》（JGJ94-2008）
《简明施工计算手册》
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
《装配式公路钢桥多用途使用手册》
甬台温高速公路复线温州灵昆至阁巷段工程第3合同《两阶段施工图设计》（第
二册）
甬台温高速公路复线温州灵昆至阁巷段工程第3合同《施工图设计阶段工程地质
1
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
勘察报告》；
三、结构概况
系梁围堰选用拉森SP-Ⅳ型钢板桩施工，并根据墩位处实际地质情况、钢板桩受
力情况及作业条件选定钢板桩长度20m。
设计选取最低系梁顶标高计算模型，插打时
钢板桩顶标高为+2.8m，底标高为-17.2m。
详见下图：
2
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
3
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
四、钢板桩截面特性
拉森钢板桩参数表
尺寸每块钢板桩壁宽每米
有效
幅宽
w
mm
有效
高度
h
mm
厚度
t
mm
截面
积
2
cm
截面
二次
力矩
4
cm
截面
系数
3
cm
单位
净重
Kg/m
截面积
cm2/m
2/m
截面
二次
力矩
cm4/m
4/m
cm3/m
3/m
2
Kg/cm
型号
截面系数单位净重
FSP-
Ⅱ
40010010.561.18124015348.0153.08740874120
FSP-
Ⅲ
40012513.076.42222022360.0191.0168001340150
FSP-
Ⅳ
40017015.596.99467036276.1242.5386002270190
FSP-
VL
50020024.3
133.8
0
7960520105.0267.6630003150210
五、地质情况
根据岩土工程勘察（详勘）报告成果，查地质柱状图，参考ZK101（k290+826.3）
地质情况,从上到下依次为：
序号
分层代
号
岩土名称
内摩擦角
（°）
黏聚力
（kPa）
重度
（KN/m3）
3）
层顶标
高
层底标
高
层厚
（m）
1②2
淤泥质粉质
黏土
4.58.017.8-1.7-2.20.5
2②2粉质黏土10.612.017.5-2.2-4.72.5
3②2淤泥质黏土16.012.018.4-4.7-7.22.5
4②2淤泥质黏土3.07.016.7-7.2-9.22.0
5②3淤泥质黏土2.26.016.7-9.2-12.23.0
综合近似计算参数7.79.117.3
为简化计算，将各土层内摩擦角、黏聚力、重度按土层厚度进行加权平均。
将内
摩擦角统一定为7.7，重度统一定为17.3KN/m
3,黏聚力统一定为9.1KPa。
六、计算方法
由于钢板桩围堰的入土深度较大，土体对入土部分的围堰起到了嵌固作用，此时
围堰上端受到内撑的支撑作用，下端受到土体的嵌固支承作用。
6.1等值梁法计算钢板桩围堰
为简化计算，用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置。
计算土压
4
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力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，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），钢板桩被动土压力修正系数如
下表：
主、被动土压力系数及被动土压力修正系数
土层名称KaKp
被动土压力修正系数
K
淤泥质粘土0.760.871.311.141.6
K
a
2
tan
（45
-
2
）
tan
2
（45
7.7
2
）
0.76
K
p
2
tan
（45
2
）
2
tan
（45
7.7
2
）
1.31
6.2确定内支撑层数及间距
按等弯距布置确定各层支撑的间距,这种布置是将支撑布置成使板桩各跨度的最
大弯距相等，充分发挥钢板桩的抗弯强度，可使钢板桩材料用量最省。
根据工程实际
情况，钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩，厚15.5mm，拉森钢板桩桩长L=20m，其基本参数：
A=242.5cm2,w=2270cm3,I=38600cm4,允许应力210MPa，125MPa。
钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:
h=
3
6[f]w
rka
=3
6
210
17.3
5
10
3
10
2270
0.76
=280cm
h1=1.11h=1.11*2.8=3.08m
h2=0.88h=0.88*2.8=2.46m
h3=0.77h=0.77*2.8=2.16m
结合实际施工情况，支撑设计见钢板桩围堰布置图。
6.3本文计算作出如下假设：
（1）假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。
（2）因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）。
（3）弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。
（4）假设钢板桩在封底砼面以下1m处固结。
（5）本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土合算法，即在计算土压力时
5
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将水位以下的土体重度取为饱和重度，水压力的计算不在单独计算后叠加。
七、施工步骤
（1）在靠近系梁侧定位桩上焊接牛腿，安装插打导向架；
（2）插打钢板桩至合拢；
（3）围堰内抽水至1.3m，在标高+1.75m处安装第一道内支撑；
（4）围堰内抽水至-1.45m，在标高-1.0m处安装第二道内支撑；
（4）围堰内抽水吸泥至-3.75m，在标高-3.3m处安装第三道内支撑；
（5）吸泥并浇筑封底砼；
（6）待砼达到设计强度后，凿桩头，施工系梁；
八、各施工工况及内力计算
8.1工况分析
围堰施工时，按上层支架已经安装，并抽水或者（吸泥）至待安装支撑底标高下
45cm处，计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。
根据施工工序，分为3个工况。
工况一：
第一道支撑安装好以后，抽水至-1.45m标高时。
工况二：
第二道支撑安装好以后，抽水吸泥至-3.75m标高时。
工况三：
第三道支撑安装好以后，吸泥至-6.4m标高时。
工况图示如下：
6
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
8.2钢板桩验算
工况1：
第一道内支撑安装后，抽水至-1.45时，第一层内支撑受力处于最不利
状态。
（1）计算反弯点位置。
假设计算其离基坑底面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力
强度，即PpPa：
主动土压力：
PKKy
a3.75
waa
被动土压力：
Ppw0.25KpKKpy
w0.25KpKKpyw3.75KaKa
y
y
w
3.75
K
a
（KK
w
K
pa
0.25
）
K
p
8
中交第二公路工程局有限公司甬台温3标钢板桩围堰计算书
103.750.76100.251.31
y=1.09m
17.3（1.61.310.76）
所以，梁的计算长度取值为{2.8-（-1.7）}+1.09=5.59m
作用在钢板桩处的主动土压力和静水压力：
P
a
（2.3）0
P
a
2
（1.75）h100.555.5kN/m
w
P
a
（-1.45）h103.7537.5kN/m
w
2
2
Pa（-1.7）wh103.7537.5kN/m（河水底面）
2
Pa（1,7）w3.75Kaw0.25Kp103.750.76100.251.3125.2kN/m
（河床下土层顶部）
（2）计算结果
计算模型：
9
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（1）
（2）（3）（4）（5）
123456
0.500.553.200.251.09
工况11m宽度范围钢板桩有限元模型
（1）
（2）-0.28（3）（4）（5）
123456
51.69
58.96
67.35
工况11m宽度范围钢板桩弯矩图Mmax=67.35KN.m
x
44.38
（1）
（2）（3）（4）（5）
-1.51
123456
-24.42
-33.80
-54.23
工况11m宽度范围钢板桩剪力图Qmax=54.23（kN）
x
由上图可知，钢板桩最大的弯矩为67.35kN.m，作用于第一道内支撑的反力为
45.89kN。
3
SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm
容许应力210MPa。
10
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max
M
max
W
67.35KN
3
2270cm
m
29.67MPa210MPa
Q
max
A
54.23KN
2
242.5cm
2.24MPa125MPa
工况2：
第二道内支撑安装后，水下吸泥、清淤至-3.75m。
假设计算其离基坑底
面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即
PpP：
a
主动土压力：
PKK（y）
a4.02.05
waa
被动土压力：
PpKKpy
KKpyK（2.05y）4.0K
aw
a
y
K
a
2.05
（KK
p
w
K
4.0
）
a
K
a
17.3
0.76
17.3
2.0510
（1.61.31
4.0
0.76）
0.76
=2.48m
所以，梁的计算长度取值为2.8-（-3.75）+2.48=9.03m
作用在钢板桩处的主动土压力和静水压力：
P
a
（2.3）0
2
Pa（1.75）wh100.555.5kN/m
2
Pa（1,7）wh10440kN/m（河水底面）
2
Pa（1,7）whka1040.7630.4kN/m（河床下土层顶部）
2
Pa（3.75）whk1Ka2.051040.7617.30.762.0557.4kN/m
11
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（2）计算结果
计算模型：
（1）
（2）（3）（4）（5）（6）
0.500.552.750.702.052.48
工况21m宽度范围钢板桩有限元模型
12
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-99.25
-21.27
（1）
（2）-0.28（3）（4）（5）（6）
97.2897.62
工况21m宽度范围钢板桩弯矩图Mmax=-99.25KN.m
x
123.77
98.22
8.22
（1）
（2）-1.51（3）（4）（5）（6）
-15.82
-62.95
-68.76
工况21m宽度范围钢板桩剪力图Qmax=192.53（kN）
由上图可知，钢板桩最大的弯矩为-99.25kN.m，作用于第一道内支撑的反力为
-14.31kN,作用于第二道内支撑的反力为192.53kN。
x
SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm3容许应力210MPa。
3容许应力210MPa。
max
M
max
W
99.25KN
3
2270cm
m
43.7MPa210MPa
Q
max
A
192.53KN
2
242.5cm
7.94MPa125MPa
工况3：
第三道内支撑安装后，水下吸泥、清淤至-6.4m。
假设计算其离基坑底
面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即PpPa：
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主动土压力：
4.0（4.7）
PawKaKay
被动土压力：
Pp2.65KKKy
wpp
w2.65KKKy4.0KK（4.7y
ppwaa
）
y
K4.7
a
4.0K
waw
（KKK
）
pa
2.65
K
p
17.30.764.7104.00.76102.651.31
y=2.49m
17.3（1.61.310.76）
所以，梁的计算长度取值为2.8-（-6.4）+2.49=11.69m
作用在钢板桩处的主动土压力和静水压力：
P
a
（2.3）0
P
a
2
（1.75）h100.555.5kN/m
w
2
P（1.7）h10440kN/m
a（河水底面）
w
2
Pa（1.7）whka1040.7630.4kN/m（河床下土层顶部）
2
Pa（3.75）whkaKa2.051040.7617.30.762.0557.35kN/m
2Pa（6.4）whkaKa4.7-w2.651040.7617.30.764.7102.6565.7kN/m
Pa（6.4）whkaKa4.7-w2.65Kp1040.7617.30.764.7102.651.31
57.48kN/
2
m
14
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（3）计算结果
计算模型：
（1）
（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）
0.500.552.750.701.600.452.652.49
工况31m宽度范围钢板桩有限元模型
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-156.37
-79.39
-16.97
（1）
（2）-0.28（3）（4）（5）（6）（7）（8）
13.84
26.49
129.81
工况31m宽度范围钢板桩弯矩图Mmax=-156.37KN.m
183.09
158.62
25.30
（1）
（2）-1.51（3）（4）（5）（6）（7）（8）
-4.42
-27.64
-31.65
-57.20
-75.99
-122.64
工况31m宽度范围钢板桩剪力图Qmax=305.73（kN）
由上图可知，钢板桩最大的弯矩为-156.37kN.m，作用于第一道内支撑的反力为
26.81kN,作用于第二道内支撑的反力为-4.01kN,作用于第三道内支撑的反力为
305.73kN。
SP-IV型拉森桩桩截面模量2270cm3容许应力210MPa。
max
M
max
W
156.37KN
3
2270cm
m
68.89MPa210MPa
16
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Q
max
A
305.73KN
2
242.5cm
12.61MPa125MPa
钢板桩内力、应力及内支撑支撑反力表
第一道内第二道内第三道内
钢板桩弯曲钢板桩剪钢板桩最大
计算工况支撑反力支撑反力支撑反力
应力（MPa）应力（MPa）弯矩（kN·M）
（kN）（kN）（kN）
工况一29.672.2467.3545.89--
工况二43.77.94-99.25-14.31192.53-
工况三68.8
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