新桥深基坑支护方案含钢板桩验算公式.docx

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新桥深基坑支护方案含钢板桩验算公式

广深高速新桥出口片区排水工程（一期）泵站工程

泵站、结合井、雨水管基坑开挖支护方案

一、编制依据

1.广深高速新桥出口片区排水工程（一期）泵站工程设计文件。

2.拟建工程现场踏勘的情况及市场和社会调查资料

3.《深圳地区建筑深基坑支护技术规范SJG05-96》

4.《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）。

5.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。

6.《建筑软弱地基基础设计规范》（DBJ10-89）。

7.现场实际情况。

二、工程概况

广深高速新桥出口片区排水工程（一期）泵站工程是广深高速新桥出口片区排水工程的一部分，是为解决片区中外环路局部低洼点水淹而建设的，泵站位于沙井街道广深高速新桥出口外环路南侧段内侧，往深圳方向匝道高架桥右下方。

该泵站只有在外环路东侧截排箱涵及内部市政管网配套后才能完全的解决外环路水淹问题。

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16长，要求钢板桩入土深度达桩长0.5倍以上。

本次开挖支护的拉森Ⅳ钢板桩设计分二种类型,即开挖深度在8.2米,拉森Ⅳ钢板桩长度为16米的A型；开挖深度在5.5米,拉森Ⅳ钢板桩长度为16米的B型,其中A型的开挖长度为73米,B型的开挖长度为约82.18米。

基坑位于松散潮湿的杂填土上，开挖深度较大，地下水位偏高。

依据实际基坑位置和挖深及基坑支护设计规范要求，结合现场施工情况对本涵基坑施工进行支护。

三、方案编制的原则

1、基坑安全可靠：

满足基坑支护结构本身强度，稳定性以及变形的要求，确保周围环境的安全。

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。

附图1

拉森钢板桩

400mm40#工字钢围檩

钢板桩搭接大样

400mm厚10.5mm

100mm

宽15m

40#围檩

基坑支护平面图

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

Ka---主动土压力系数Ka=tg2（450-θ/2）=tg2（450-200/2）=0.49

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）>=1.2

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>=1.2

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=20ºC=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

q=18KN/m2

e0

4100

10

8200

R1

Pa1

2050

4100

eB

B

2050

Pa2

2

e2

qKa

S

PP

e3

O

M

图A:

钢板桩支护计算示意图

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=0.49×16×6.15=48.22KN/m2

e2=KaγH2=0.49×16×8.2=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）÷2×6.15+18×0.49×6.15]×3.5=708.82KN，A=115cm2,ｒ=13.0cm，[f]=200Mpa。

取安全系数为K=2.0。

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：

Mmax=0.07QLj2=0.07×111.638×4.52=158.2469KN-m=1582469N-cm

Mmax/W=1582469/1090=1451.806N/cm2

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。

则：

（N/An）+[Mx/（γx·Wnx）]

=（502.371/86.1）+[13785.0/（1.05×1090）]

=17.88KN/cm2

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基坑围护结构位移值的要求，该变形量不会造成基坑周边土体的扰动，因此围护结构和周边建构筑物是安全的。

六、总体施工部署及施工准备

1.组织机构：

为了优质高效建好该合同段工程，我公司将组建广深高速新桥出口片区排水工程（一期）泵站工程基坑开挖项目经理部，并抽调具有丰富施工管理经验的高中级工程技术人员为主的管理骨干组成项目经理部，调集我公司钢板桩施工队，曾经在担负过重、难点工程，屡创佳绩的高素质队伍组成各项目队作业层，承担该合同段施工任务，实行项目法施工，此部分人员已集结待命，随时开赴合同段。

项目经理部组织机构框图

项目经理

项目技术负责人

项目副经理

施

工

员

测

量

员

质

检

员

安

全

员

材

料

员

焊

工

组

打

钢

板

组

杂

工

组

测

量

组

挖

掘

机

组

项目经理部主要人员组成

序号

项目部门

职称

人数

1

项目经理

工程师、二级建造师

1

2

项目副经理

工程师

1

3

技术负责人

工程师

1

4

安全员

助理工程师

1

5

测量员

工程师

1

6

材料员

助理工程师

1

7

质检员

助理工程师

1

8

施工员

助理工程师

1

9

挖掘机组

技师

3

10

焊工组

技师

5

11

打桩组

技师

6

12

测量组

技师

3

2.项目经理部职责

●施工项目质量、进度、安全、文明施工、环保负全面责任。

●负责组织职能部门及施工人员全面贯彻实施公司质量体系文件，实现公司质量方针和质量目标。

●编制工程质量计划和施工组织设计，并在工程施工过程中组织实施，采取措施预防不合格品的发生。

●虚心听取建设、监理、设计单位和上级部门对施工质量的意见，发现问题及时解决。

●负责对分承包方的评审、考核，在物资采购中实施材料进场验证、复试、记录、产品标识和可追溯性、顾客提供产品的控制。

●劳务分承包方的管理和质量监督与检查。

●在施工过程中实施质量记录，不合格品的控制，检验、测量和试验设备的控制，纠正和预防措施，工程服务与统计技术应用。

●竣工质量自检、竣工验收资料提交。

3.主要岗位职责

（1）项目经理

①项目经理是工程项目的组织者和现场最高管理者，负责贯彻执行国家和项目所在地政府的有关政策、法律和法规，全面贯彻实施公司的质量方针、质量目标；负责公司质量体系在项目内的有效运行，保证完成工程项目质量指标，为顾客提供合格工程。

②组织实施施工组织设计和项目质量计划，合理有效配置各项施工生产要素，确保生产工序质量稳定，对工程的质量、安全、工期和文明施工负全责。

③对供应商进行选择和考核，对采购物资验证，顾客提供产品的控制等程序负责。

④主持或参与不合格品的评审，并认真组织实施纠正和预防措施。

⑤组织安排工程竣工验收工作，安排人员做好有关服务工作。

⑥内外相关单位部门的协调工作，及时向上级报告工程项目施工情况。

（2）项目副经理

①协助项目经理对工程项目现场进行全面管理，确保投入的各生产要素正常运转。

②分管物供组、行政组、对其负有直接领导责任。

（3）项目技术负责人

①对工程项目技术质量工作负直接责任，有效贯彻落实各项技术规范、标准和公司技术质量管理制度。

②组织核对顾客提供的技术图纸资料，组织编写与送审施工组织设计和质量技术。

③负责组织安排进行技术交底，复核测量定位、抄平和放线工作。

④负责组织施工工序质量控制、签证，质量记录检查控制、统计技术数据及工作量，组织指导现场检验、测试工作及施工技术措施的制定和落实。

⑤审查采购物资的技术要求。

⑥组织收集各项工程技术资料和隐蔽工程验收、签证资料、整理汇总、提交，参加工程质量验收，组织编写、送审竣工技术报告。

⑦积极推广采用新技术、新工艺和新方法。

（4）施工员

①负责现场生产调度、作业计划安排与调整，确保工程项目的均衡有序运转，填写施工日记。

完成当班各类技术报表及隐蔽工程的会签。

②严格执行施工组织设计和有关技术规范要求，落实施工技术措施和质量计划。

③负责组织现场施工设备的维护保养，保证作业机具的完好、安全。

④负责向施工作业班组进行技术交底。

⑤严格执行过程控制程序，做好质量事故的预防和处理工作。

（5）质检员

①负责督促检查有关施工规范和质量管理制度的执行情况，并给予指导，对于违反或不符合质量要求的作业，提出处理意见，并报项目主任工程师研究解决。

②负责向作业班组宣传贯彻有关质量方面的法规、制度。

在施工过程中，及时认真地进行质检控制活动，并做好质量记录。

③参与各种成果资料的检查与验收，并对质量评定提出意见。

④负责对施工中一般不合格品进行评审与处置，对质量事故责任人提出处理意见。

⑤协助项目主任工程师，做好质量文件和质量记录的管理工作。

（6）材料员

①根据工程项目施工进度计划，制定本工程项目的物资、设备和工具的供应计划，并组织实施。

②负责对供应商的日常跟踪评价，提交供应商评价资料。

③负责进场原材料的验收、报验工作，对现场物资进行有效管理与标识，建立进场物资、设备台帐，负责报废物资处理等表格的填写与送审。

④协助质检组长做好物资质量文件资料的收集与整理工作。

（7）安全员

①负责贯彻执行劳动保护、安全生产、文明施工的方针、政策、法令、法规和有关规定、制度，对作业班组进行安全技术交底，确保工程项目施工质量安全目标的顺利实现。

②检查督促安全与文明生产措施落实，定期开展安全检查活动，督促完善安全设施。

③及时制止违章指挥、违章作业，遇有险情有权制止作业，并及时报上级处理;对因安全生产原因造成的质量事故负责。

④负责新工人、特殊工种工人的安全技术培训、考核、发证及年检工作。

⑤对危险品、超长设备与材料搬运、贮存的安全性进行控制。

⑥做好安全活动的记录工作。

4.施工组织管理

根据我公司一贯质量管理体系，严格采取组织管理措施，为树立市文明工地形象服务。

根据工程特点及规模，以质量、安全、文明施工为前提，贯彻班子精练、职责明确、统一指挥的原则，实行项目经理负责制和主任工程师技术负责制。

项目部在确定总体生产安排后，日常的施工由施工组具体实施：

安排各桩机的施工，合理指挥调度，避免流水作业过程中出现停待，同时保持场貌整洁，做好文明施工。

在项目技术负责人主持下，质检组实行每天值班制。

值班质检员代表项目经理部，赋予值班经理权利，全权调度各工种人员及材料、设备，遇重大问题及时报项目经理部解决；对各工序质量严格把关。

电工班、机修班实行值班制。

项目经理是执行合同及现场管理的主要负责人，做好安全生产的同时，也做好资金调度计划。

主材、设备配件计划供应由项目副经理负责；同时理顺外部环境，与有关部门进行必要的工作联系。

项目副经理、主任工程师在项目经理领导下工作，对项目经理负责。

5.施工进度计划

本工程共有钢板桩基坑周长：

35.84+35.84+25.2+25.2=122.08米，钢板桩长16米，共得：

122.08X16=1953.28米台桩机施工，根据桩深及有效桩长等情况，计划单机日成桩320米，6天完成打设钢板桩，考虑支撑安装及混凝土底板和剪力墙施工及回填拔除钢板桩,工期约为40天。

进度计划流程

表5

进度

项目内容

3月

4月

5月

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

31

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

2

4

6

8

10

设备进场

打钢板桩

支撑安装

挖土

底板施工

墙体施工

回填土

拔除钢板桩

备注

注：

1.自正式通知开工起计

该计划是在12个小时能施工条件下，如有其它影响因素计划日期顺延。

6.项目质量管理说明

本工程将严格按我公司质量体系程序文件执行。

7.质量保证措施

7.1工程施工质量验收标准

7.1.1设计图纸要求

7.1.2DGJ08—11—1999《地基基础设计规范》

7.1.3GJ79—2002《建筑地基处理技术规范》

7.1.4GB50202—2002《建筑地基基础施工质量验收规范》

7.1.5CECS96：

97《基坑支护技术规程》

7.2施工管理保证措施

为保证本工程施工质量，拟采取以下管理措施：

7.2.1施工管理人员选择

（1）项目管理班子：

针对本工程的具体情况，我公司将组建一套精工、技术资质高、有丰富桩基施工经验的项目管理班子负责管理本工程。

（2）项目经理：

委派具有国家壹级项目经理资质且有丰富的工程施工经验的人当项目经理。

（3）主任工程师：

将选派具有丰富技术施工管理经验的同志担任。

（4）其他成员：

其他主要的项目管理人员均具有丰富的施工项目管理经验。

（5）持证情况：

保证班子所有人员均持有岗位证书。

7.2.2施工操作人员选择

（1）劳务队伍选择：

挑选施工经验丰富、吃苦耐劳且作风过硬的专业施工队伍。

（2）持证情况：

对特殊及技术工种均保证持有劳动局及市建委统一考核颁发的作业证及技术等级证书。

7.2.3