第十一期施工技术管理培训：钢板桩围堰施工设计(主讲：黄锋)PPT资料.ppt

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深水或深基坑，流速较大的砂类土、黏性土、碎石土及风化岩等坚硬河床。

拉森钢板桩型号钢板桩材质围堰构造板桩墙圈梁（围囹）内支撑封底混凝土围堰构造内支撑为型钢桁架形式破坏原因1、在结构的设计和安装过程中，缺乏对细节的关注2、对水位和环境的可能变化缺少考虑3、对开挖过程中遇到的新情况，没有及时校核4、超挖5、支撑设计不当或者支撑力不足（数量和强度）6、在设计中没有考虑作用在支撑构件上的荷载7、结构构件上的意外损坏没有及时修复8、板桩入土深度不足，不能预防管涌或隆起，没有考虑管涌或隆起对土压力的影响9、交底不够充分很多情况下，工程事故可能是以上多种因素共同作用的结果。

设计要求1、围堰必须能够承受作用在其上的各种荷载。

2、控制渗入围堰内的水量，用泵抽干。

3、在每个施工阶段必须保证施工面稳定，不发生不可控制的隆起、流沙或者管涌。

4、围堰墙体和支撑变形不能影响围堰附近的永久结构或者其他既有结构。

5、必须保证斜坡或潜在滑动面导致土体失衡时能够维持围堰整体稳定。

6、围堰大小必须合适，能够满足其内部结构的施工要求。

7、临时围堰必须要能够最大限度的回收和重复利用建筑材料。

计算荷载水压力主动土压力被动土压力水土分算是计算全部的静水压力，并用浮重度计算土压力，水土合算是采用天然重度或饱和重度计算土压力，不再计算静水压力。

从数值看前者大于后者，水土分算适用于渗透性较好的碎石土和砂土。

计算荷载计算荷载计算荷载计算荷载修正系数计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将板桩墙前与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。

土的内摩土的内摩擦角擦角40353025201510K2.302.001.801.701.601.401.20K0.350.400.470.550.640.751.00板桩挡土墙分类悬臂单锚支撑多锚支撑板桩挡土墙分类钢板桩的横断面钢板桩的横断面最小入土深度最小入土深度支撑间距及尺寸支撑间距及尺寸计算分类计算分类计算的主要内容计算的主要内容悬臂无支撑悬臂无支撑单锚支撑单锚支撑多锚支撑多锚支撑浅埋浅埋深埋深埋板桩挡土墙分类常见常见3类边界条件类边界条件（11）自由端）自由端【如：

桩顶端如：

桩顶端】AAMMAA=0=0，QQAA=0=0（22）铰支端（活动或固定）铰支端（活动或固定）xxBB=0=0，yyBB=0,=0,BB=0=0（33）固定端）固定端【如：

深埋桩底端如：

深埋桩底端】MMAA=0=0，xxAA=0=0AAxxBByy【如：

浅埋桩底端或其它如：

浅埋桩底端或其它】计算假定等值梁法计算钢板桩围堰，为简化计算，常用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置，并设为铰接点。

计算时取1m宽单位宽度钢板桩。

在土处于饱和水状态下，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）假设钢板桩在封底混凝土面以下0.5m处固结。

悬臂式板桩悬臂式挡土结构，对于土的性质、荷载大小悬臂式挡土结构，对于土的性质、荷载大小等非常敏感，它完全依靠足够的入土深度来等非常敏感，它完全依靠足够的入土深度来保持其稳定性，故其悬臂高度一般不大于保持其稳定性，故其悬臂高度一般不大于4。

悬臂桩看似一端固定的悬臂梁，实际上二者悬臂桩看似一端固定的悬臂梁，实际上二者有根本的不同之处。

有根本的不同之处。

首先是悬臂桩难以确定固定端位置，因为桩在两侧土压力作用下，每个截面都会发生水平方向的位移和转角变形。

其次，嵌入坑底以下部分的作用力很复杂，难于确定。

因而期望以悬臂梁为基本构件体系，考虑桩墙和土体的变形一致来进行解题将是非常复杂的。

悬臂式板桩Htabcdefght2t1EaEpH1EwEw1Ew2i1、试算确定埋入深度、试算确定埋入深度t1，对各力对，对各力对e点取力点取力矩，满足防倾覆的安全系数不小于矩，满足防倾覆的安全系数不小于2。

即。

即2、确定实际所需的深度、确定实际所需的深度t，在，在t1的基础上增加的基础上增加15%，确保板桩的稳定。

，确保板桩的稳定。

悬臂式板桩Htabcdefght2t1EaEpH1EwEw1Ew2i3、计算剪力为、计算剪力为0点点g。

g点以上部分板桩内外点以上部分板桩内外压力相等。

压力相等。

主动土压主动土压+水压被动土压水压被动土压+水压水压计算出计算出t24、计算最大弯矩。

等于板桩内外压力对、计算最大弯矩。

等于板桩内外压力对g点点弯矩之差。

弯矩之差。

5、选择板桩截面。

、选择板桩截面。

根据求得的最大弯矩和根据求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力，选择板桩的截面、型板桩材料的容许应力，选择板桩的截面、型号。

号。

悬臂式板桩挡土墙高度3.6m，超挖0.4m，超载10KPa悬臂式板桩通过试算确定桩趾的深度，本例的长度是7.022m，对该点取矩悬臂式板桩悬臂式板桩地面下5.570m处的剪力为0（此高度以上的主动土压力分布图的面积等于被动土压力分布图的面积），对该点取矩悬臂式板桩最大弯矩M=141.1KNm对以上弯矩乘以1.2的分项系数后得到极限设计值。

所需截面模量W=1.2141.11000/270=627cm3/m单锚浅埋假定上端为简支，下端自由支撑（相假定上端为简支，下端自由支撑（相当于活动铰）。

当于活动铰）。

单锚浅埋相当于单跨简支梁，作用在单锚浅埋相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力。

动土压力。

单锚浅埋HtabcdeEaEpHaRaHpepea单锚浅埋板桩墙挡土高度7.0m，地下水位如图，地面超载=10kpa。

单锚浅埋主动力矩=被动力矩的深度为9.447m。

单锚浅埋拉杆力=329.93-250.00=79.93KN/m地面以下5.195处剪力为0，对该点取矩M=184.3KNm所需截面模量W=1.2184.31000/270=819cm3/m单锚深埋图中图中ab梁一端固定一端简梁一端固定一端简支，弯矩图的正负弯矩在支，弯矩图的正负弯矩在c点转折，若将点转折，若将ab梁在梁在c点切断，并于点切断，并于c点加一自点加一自由支承形成由支承形成ac梁，则梁，则ac梁上的弯矩将保持不变，梁上的弯矩将保持不变，即称即称ac梁为梁为ab梁上梁上ac段段上的等值梁。

上的等值梁。

等值梁原理等值梁原理ababcac单锚深埋tBP0HRaACDt0yxt-t0土压力分布图土压力分布图弯矩图弯矩图等值梁等值梁为简化计算，为简化计算，常用土压力常用土压力等于零点的等于零点的位置来代替位置来代替正负弯矩转正负弯矩转折点的位置，折点的位置，并设为铰接并设为铰接点。

点。

单锚深埋1、绘制土压力图。

、绘制土压力图。

计算土压力强度时，应考虑板桩墙与计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将板桩墙前与墙后的土的摩擦作用，将板桩墙前与墙后的被动土压力分别乘以修正系数，为安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。

全起见，对主动土压力则不予折减。

2、计算土压力为、计算土压力为0的点离挖土的点离挖土面的距离面的距离yBP0HRaACDt0yxt-t0土压力分布图土压力分布图t单锚深埋3、按简支梁计算等值梁最大弯、按简支梁计算等值梁最大弯矩和反力矩和反力Ra、P0。

4、计算板桩墙的最小入土深度、计算板桩墙的最小入土深度t0BP0HRaACDt0yxt-t0土压力分布图土压力分布图t5、实际埋深取、实际埋深取多锚DP0HRaAPEt0yxt-t0tRbBRcCDP0HRaAPyRbBRcCP0PExx（Kp-Ka）x（Kp-Ka）单锚深埋板桩墙挡土高度7.0m，地下水位如图，地面超载=10kpa。

单锚深埋假定弯矩图上反弯点的位置在主动土压力和被动土压力相等处，即y-y处，该点Pa=Pb。

单锚深埋y-y处深度为7+d单锚深埋对该点取矩单锚深埋计算得桩长10.953m，对该点取矩单锚深埋为了修正由简化方法造成的偏差，反弯点以下的深度增加20%因此，所需桩长=7+0.724+1.2（10.953-7.724）=11.599m地面以下4.779处剪力为0，对该点取矩M=135.2KNm所需截面模量W=1.2135.21000/270=601cm3/m基床系数法在计算桩的水平抗力的时候，一般采用线弹性地基反力法（基床系数法），即假设桩侧土为Winkler离散线性弹簧，不考虑桩土之间的黏着力和摩阻力，假定土的抗拉强度为零，既弹簧只受压而不受拉，可以得出任一深度桩侧土反力与该点的水平位移成正比。

即：

p=k（z）*y*b0基床系数法k（z）的确定方法有四种，其中最著名的和应用最广的就是m法，即：

k（z）=m*z就是说，k（z）随深度线性增加，m为土的水平抗力系数的比例系数基床系数法1、确定m值2、确定支撑刚度3、确定桩长内支撑计算围堰结构设计中，支撑布置是最关键的。

支撑的竖向布置决定了板桩的弯矩，水平布置决定了结构内部施工的难易度。

为了确保主体结构的完整性，支撑布置必须与永久结构施工联系起来，尽可能减小对主体结构的干扰。

总体原则是尽可能简化。

内支撑计算内支撑计算抗隆起计算管涌验算tj不产生管涌的安全条件为不产生管涌的安全条件为K抗基坑底管涌安全系数抗基坑底管涌安全系数水容重水容重土的浮容重土的浮容重水力梯水力梯最大渗流力最大渗流力水位至坑底的距离水位至坑底的距离钢板桩入土深度钢板桩入土深度封底混凝土抗浮系数G封底混凝土自重T封底混凝土与护筒粘结力P封底混凝土底面浮力封底混凝土强度验算封底混凝土封底混凝土抗弯一般根据护筒间距按四铰点简支板计算封底厚度宜比计算值增加0.30m封底混凝土容许弯曲应力一般按主拉应力的0.8倍选取封底混凝土强度等级不应低于C25计算实例施工顺序：

（1）插打钢板桩，降水，开挖至第一道支撑下部。

（2）安装顶层支撑，开挖，降水至第二道支撑下部。

（3）安装底部支撑，开挖至设计高程。

计算实例工况一：

开挖至顶部支撑下安装顶部支撑前，钢板桩围悬臂结构，计算土压力分布图。

很明显，本例后续工况中，钢板桩所需的长度和抗弯强度要比本工况大很多，因此该工况不做计算。

计算实例工况二：

开挖至底部支撑下假定安装底部支撑所需的开挖深度为6.1m，计算土压力分布图。

计算实例由于开挖深度较小，入土深度较大，认为桩端固定，假定弯矩图上的反弯点在主动土压力与被动土压力相等的位置，即y-y处Pa=Pp63.21+60.18y/4.9=391.35y/4.9y=0.935m计算实例Ea=210.14KNMa=520.6KNm（对y-y）支撑力=520.6/6.035=86.26KN/m通过对假定桩趾处取矩来确定桩长，根据力矩平衡，d=4.252m为了修正简化方法的误差，将反弯点以下的桩长增加20%所需桩长=6.1+0.935+1.2（4.252-0.935）=11.015m地面下4.523.处剪力为0，对该点取矩M=175.3KNm/m计算实例工况三：

开挖至基坑底面开挖至坑底设计标高，考虑0.2m超挖，被动区的设计开挖深度为8.10m。

计算实例项目项目工况工况2工况工况3所需桩长m11.0211.02最大弯矩KNm175.3188.3顶部支撑KN/m86.2652.79底部支撑KN/m248.21斜坡上的围堰导向框安装一般利用围堰顶层圈梁当作导向，导向的作用：

一是界定围堰的尺寸大小；

二是作为板桩插打时线型控制的参照；

三是作为板桩插打时，施工人员的操作通道；

四是围堰合拢后，继续作为顶层支撑参与受力。

导向的型钢截面大小由顶层内支撑受力检算确定，但还要考虑现场插打时，在导向框上焊接限位板与板桩连接，导向框也承担部分振动荷载，型钢截面不宜偏小，容易造成变形。

导向框安装钢板桩打设1.顺