新桥深基坑支护方案正式Word文档格式.docx

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2、支护施工便利、经济合理及保证工期：

在安全可靠的前提下，选择施工工期短、有效的支护方案。

四、支护结构形式确定

1、根据图纸及现场实际开挖情况，整块涵基坑自然地面以下土质总体力学性质差，具有天然含水量及孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、易扰动变形等特点，开挖时有发生坑边失稳坍塌现象，基坑处地下水位高，原框架涵相对接驳涵基坑也较高。

根据上述情况，在距离基坑图纸标定位置外边1.0m处插打拉森钢板桩。

同时本单位具有钢板桩深基坑施工方面的相应经验。

2、钢板桩的选用

根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度6长，要求钢板桩入土深度达桩长0.5倍以上。

3、打桩设备

拟采用打拔桩机为25T吊车加液压高频振动锤，激振力220kN。

五、钢板桩设计方案

1.计算拉森桩入土深度

根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，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，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如下。

主动土压力Ea=1/2*ea（H+t）=1/2r（H+t）2Ka

被动土压力Ep=1/2*ept=1/2*rt2Kp式

中：

Ea---主动土压力最大压强，ea=r（H+t）2Ka

Ep---被动土压力最大压强，ea=rtKp

Kp---主动土压力系数Kp=tg2（450+θ/2）=tg2（450+200/2）=2.04

θ---土的内摩擦角θ=200

r---土的重度r=16kN/m3

H---基坑开挖深度H=8.2m

为了使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即ΣMa=0,亦即EaHa-EpHp=Ea*2/3*（H-t）-Ep（H+2/3*t）=0

将以上数据代入上式中，可得下式

t3+8.36t2-64.71t-176=0

整理后即可求得所需的最小入土深度

t=6.3m

所以钢板桩总长度为

L=8.2+6.3=14.5m

故选择16M拉森桩作为围护桩是合理的。

2.钢板桩稳定性验算

板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。

在软土中开挖较深的基坑，当桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（如下图），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。

转动力距Mov=G*x/2=（q+rh）x2/2

稳定力距Mr=x

土层为均质土时，则Mr=π*tx2

式中t---地基土不排剪切的抗剪强度，在饱和性软粘土中，t=0

地基稳定力矩与转动力矩之比称抗隆起安全系数，以K表示，若K满足下式，则地基土稳定，不会发生隆起。

K=Mr/Mov>

=1.2

当土层为均质土时，则

K=2πc/（q+rh）>

式中c---内聚力地质报告提供c=23.5kPa

q---坑侧上部荷载回填土取q=5.0kN/m2

K=2π*23.5/（5+17.5*6）=147.6/110=1.34>

K>

1.2故地坑不会产生隆起

式中Mr未考虑土体与板桩间的磨擦力以及垂直面AB上土体的抗剪强度对土体的下滑的阻力，故偏于安全。

3.钢板桩支撑体系设计及验算

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。

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=16KN/m3φ=20º

C=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=1.6（见《深基坑工程设计施工手册》P.286），

3.1土压力计算

主动土压力系数Ka=tg2（45º

-20º

/2）=0.49

被动土压力系数Kp=tg2（45º

+20º

/2）=2.04

被动土压力修正系数k=1.6，则：

Kp=kKp=3.264

如图A所示，图中B点为R1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，土压力为：

ei=KaγHi。

另考虑基坑边土体和机械行走等产生的附加荷载，按18KN/m2计算。

上式中Hi为土压力计算高度。

其中H1=4100；

HB=6150；

H2=8200。

经计算：

e0=0

e1=KaγH1=0.49×

16×

4.1=32.14KN/m2

eB=KaγHB=0.49×

6.15=48.22KN/m2

e2=KaγH2=0.49×

8.2=64.29KN/m2

设支撑间间距均为L=4.5m，则通过公式：

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

上式中h0=0；

h0B=6.15m；

Q=qKa=18×

0.49=8.82KN/m2。

则：

R1=[（0+48.22）÷

2×

6.15+18×

0.49×

6.15]×

4.5=911.34KN

3.2钢支撑强度和稳定性验算

本工程一道长钢支撑均采用φ630×

12钢管。

已知Rmax=911.34KN，A=232cm2,ｒ=21.8cm，[f]=200Mpa。

取安全系数为K=2.0。

A、对钢管支撑长度15.0m的直钢管，其长细比λ=115.38，查表得φ=0.5。

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=1160KN>

Rmax=911.34KN符合要求。

B、本工程钢斜支撑均采用φ377×

10钢管。

第一根支撑直管从钢板桩边上3.5m位置开始支撑，则可以求得该部位的支座力：

R支=[（0+48.22）÷

3.5=708.82KN，A=115cm2,ｒ=13.0cm，[f]=200Mpa。

对钢管支撑长度约6.0m的斜钢管，其长细比λ=46.15，查表得φ=0.903。

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=1038.45KN>

√2Rmax=1.414X708.82=1002.27KN符合要求。

由此可见支撑的强度和稳定性均满足要求。

3.3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：

Mmax=[q2L2/6]·

{[2υ3-μ（1+μ）]/（1-μ）2}

上式中μ=q1/q2；

υ=√（μ2+μ+1）/3

μ12=0.475μ23=0.771

υ12=0.753υ23=0.888

由此可计算出：

A、两道支撑间之间钢板桩的最大弯矩为:

MmaxB=（50.37×

4.12÷

6）×

{[2×

0.7533－0.475（1+0.475）]÷

（1－0.475）2}

=78.741KN.m/m

Ⅳ型拉森钢板桩W=2043cm3/m，安全系数K=2。

fmax=MmaxB/W=78741/（2043×

10-6）=38.541Mpa＜[f]/2=100Mpa

因此钢板桩的抗弯强度可以满足要求。

3.4工字钢围檩抗弯抗压验算

（1）、抗弯验算

本工程围檩采用40号工字钢，详见平面布置图。

支撑与围檩连接的计算简图见图B。

已知作用在下道围檩的均布荷载较大，为Q=R2/4.5m=111.638KN/m，40#工字钢对其x—x轴的截面系数W=1090cm3；

f=200Mpa。

将围檩视为多跨连续梁，净跨度仍按4.5m计算，最大弯距在跨中，若安全系数取K=2.0。

计算时按两跨连续梁计算，则查《静力计算手册》可得：

符合要求。

（2）、压弯验算

当斜向支撑作用在围檩上时，围檩是压弯构件，因此还应进行围檩在压弯状态下的强度。

按公式（N/An）+[Mx/（γx·

Wnx）]≤f计算

上式中γx——截面塑性发展系数，取1.05；

N——轴心压力，为502.371；

An——净截面面积，为86.1cm2；

Mx——最大弯矩；

Wnx——截面矩。

（N/An）+[Mx/（γx·

Wnx）]

=（502.371/86.1）+[13785.0/（1.05×

1090）]

=17.88KN/cm2<

f=20KN/cm2符合要求。

从以上计算可知，当支撑间距为4.5米时，工字钢围檩可以满足要求。

考虑到影响土体侧压力的因素很多，为了确保整个支撑体系的稳定、安全，现场应配备足够的Φ377钢管和40#工字钢，以便对可能发生的支撑体系变形进行加固。

所有钢结构焊缝均应满焊，焊缝厚度应符合钢结构规范的要求。

3.5钢板桩变形验算

按图A计算简图计算，4.1米处钢板桩所受弯矩最大，因此只计算该跨的钢板桩最大变形量，按荷载两端固定计算，参照《建筑结构静力计算手册》P.161，其计算公式为：

fx=l3x[5q1（1-3ξ2+2ξ3）+2q0（1-2ξ2+ξ4）]/240EI

上式中：

l——4.1m；

q1——e1+qKa=23.912KN/m；

q0——e2-e1=26.46KN/m；

ξ——x/l；

1点处ξ1=0，跨中ξ0=0.5；

E——钢板桩弹性模量=206×

103Mpa=206×

102KN/cm2；

I——钢板桩截面惯性矩=31.95cm4/m；

X——1点距变形计算点的距离。

1点处X1=0，跨中X0=2.05m。

①1点处钢板桩位移：

f1=l3X1[5q1+2q0]/240EI=0

②跨中B点处钢板桩位移：

f0=l3X0[5q1（1-3ξ2+2ξ3）+2q0（1-2ξ2+ξ4）]/240EI

f0=0.08cm

以上计算所得数值满足三级