钢板桩设计计算.docx

钢板桩设计计算.docx

《钢板桩设计计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢板桩设计计算.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

钢板桩设计计算

I40钢板桩设计计算及施工方案

本标段施工范围内共有75个承台，分8种类型：

A类承台:

下部采用8根φ1.0m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×7m（横×顺）,厚2m。

主要适用于32+32m跨径组合；

B类承台:

下部采用10根φ1.25m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×8.2m（横×顺）,厚2.6m。

主要适用于24+32m跨径组合；

C类承台:

下部采用15根φ1.5m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×7m（横×顺）,厚2.4m。

主要适用于80m跨径组合；

D类承台:

下部采用8根φ1.2m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×8.2m（横×顺）,厚2.6m。

主要适用于30+40m跨径组合；

E类承台:

下部采用6根φ1.2m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×5.34m（横×顺）,厚2.5m。

主要适用于25+30m跨径组合（斜交20°）；

F类承台:

下部采用9根φ1.2m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×8.34m（横×顺）,厚2.6m。

主要适用于33.5+33.5m跨径组合（斜交20°）；

G类承台:

下部采用9根φ1.2m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.4×8.872m（横×顺）,厚3.0m。

主要适用于40+40m跨径组合（斜交40°）；

H类承台:

下部采用10根φ1.0m钻孔灌注桩，承台尺寸为27.0×4.5m（横×顺）,厚1.5m。

主要适用于桥台基础；拟采用I型钢板桩实施围护，以确保基坑安全开挖、承台结构和墩身结构的顺利施工。

二、地质情况

根据地质勘察报告显示：

勘察深度范围内（河床底至钻孔桩底）可分为7个地质单元层，钢板桩深度主要在：

⑴层为近代人工堆填土，⑵黄～灰黄色粘土和灰黄～灰色砂质粉土,（3）灰色粉质粘土

三、钢板桩施工方案

1、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I型钢板桩。

I型WUR13型冷弯钢板桩桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度。

2、打桩设备

拟采用Z550型液压振动沉桩机，作为沉设钢板桩的主要动力。

投入钢板桩打拔桩机1台用于施工。

打拔桩机为挖掘机加液压高频振动锤改装而成，激振力220kN。

四、钢板桩设计方案

现对承台钢板桩围堰设计进行计算如下：

1、上海A8三标桩基658根，承台75个。

承台宽8.4m，长5.34～8.872m（0#台除外，0#台长×宽为4.5×27m。

根据地质勘察报告显示：

勘察深度范围内（河床底至钻孔桩底）可分为7个地质单元层。

为保证设计安全，取土的重度选为：

18.8KN/m3，内摩擦角选为Φ=20.1°。

2、现场实际情况

   施工现场已经打设12米长I型钢板桩，并提供以下数据：

打设钢板桩尺寸为沿道路方向承台尺寸两侧各加0.5m；钢板桩露出地面高度为0.5米（现场实际情况可能要糟糕一些，非人为因素影响）。

3单支撑钢板桩计算

   支撑层数和间距的布置是钢板桩施工中的重要问题，根据现场的支撑材料和开挖深度，我们采取在钢板桩内侧加一层围囹并设置支撑，按单支撑进行钢板桩计算。

围堰采用I型钢板桩，W=1346cm3，[f]=350Mpa。

4、土的重度为：

18.8KN/m3，内摩擦角Ф=20.1°

5、距板桩外1.5m均布荷载按20KN/m2计。

基坑开挖深度不大于4m.

钢板桩平面布置、板桩类型选择，支撑布置形式，板桩入土深度、基底稳定性设计计算如下：

（1）作用于板桩上的土压力强度及压力分布图

ka=tgа（45°-φ/2）=tgа（45°-20.1/2）=0.49

Kp=tgа（45°+Ф/2）=tgа（45°+20.1/2）=2.05

板桩外侧均布荷载换算填土高度h1，

h1=q/r=20KN/m2÷18.8KN/m3

=1.06m

基坑底以上土压力强度Pa1：

Pa1=r*（h1+4）Ka=18.8×（1.06+4）×0.49

=46.6KN/m2

合力Ea距承台底的距离y为2.53m.

（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,根据I型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=

=

=313cm

=3.13m

h1=1.11h=1.11×3.13=3.47m

h2=0.88h=0.88×3.13=2.75m

根据具体情况，确定采用【桥涵（施工手册）】图5-44的形式布置。

支撑间距:

S1=0.475×4+0.16×（0.34×4+0.12）=2.13m

S2=0.525×4-0.16×（0.34×4+0.12）=1.87m

（3）WUR13型冷弯钢板桩厚度以0.36m计，围囹以10m长计，

围囹受力计算如下:

围囹采用2I40a工字钢，翼板间每隔1m采用钢板满焊连接，形成半封闭箱型结构。

钢材屈服强度值fy=235N/mm2，钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。

2I40a工字钢惯性矩/静力矩（Ix/Sx）=68.2cm，截面模数=2180cm3。

a.支承力：

18.8×0.49×2.13×（2.13+1.87）/2=78.49kN/m

P2=78.49×10/7=112.13kN

b.弯距

Mmax=112.13×2.252/8=49.67kN·m

σmax=49.67×106/（2180×103）

=17.68N/mm2＜fy=235N/mm2，满足要求。

c.剪力

τ=RSx/（Ix×t）

=R/（t×Ix/Sx）

=94.18×103/（5×10-3×68.2×10-2）

=32.88MPa＜[τ]=120MPa，满足要求。

（4）横桥向支撑杆，采用φ300×10的钢管，支撑在顺桥向支撑上，型钢与钢管之间满焊连接。

钢管外径D=300mm，管壁厚度d=10.0mm，钢材屈服强度值fy=235N/mm2，钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。

①钢管截面积

A=1/4π（D2-d2）=π/4×（302-282）=91.06cm2

②钢管的回转半径

截面惯性矩I=π×（D4-d4）/64=π×（304-284）/64=9584.1cm4

截面回转半径i=（I/A）1/2=（9584.1/91.06）1/2=105.25cm

③钢管的长细比

λ=l/i=2150/105.25=20.4<[λ]=150,满足要求。

④钢管的稳定性

σ=P/A=262600/9106=28.8N/mm2＜fy=215N/mm2,满足要求。

（6）钢板桩入土深度X：

采用盾恩近似法计算钢板桩入土深度。

如右图所示，Kn=r（Kp-Ka）=18.8×（2.05-0.49）=29.328KN/m3

e1=MQ=rKaH=18.8×0.49×5.06=46.613KN/m2

DB＇板桩上的荷载GDB＇N＇一半传至D点，另一半传至土压力MR＇B＇，故有rKaH（L+x）/2=r（Kp-Ka）x2/2

即r（Kp-Ka）x2-rKaHx-rKaHL=0

由上面计算知，支撑距基坑底的1.87m，即L=1.87m，代入上式，得，x=2.69m

钢板桩入土深度9-4.5m=4.4m>2.69m，满足要求。

（7）基坑底部的隆起验算

考虑地基土质均匀,依据地质勘察资料,其土体力学指标如下:

r=18.8KN/m3，c=21.1Kpa，q=20KN/m2

由抗隆起安全系数K=2πC/（q+rh）≥1.2

则：

h≤（2πC-1.2q）/1.2r

≤（2*3.14*21.1-1.2*20）/1.2*18.8

≤4.8m

即钢板桩周围土体不超过4.8m时，地基土稳定，不会发生隆起。

实际施工中，尽量减小坑沿活载，同时适当降低板桩侧土体高度（坑外堆土最大允许高度3m），以避免基坑底部的隆起。

（8）基坑底管涌验算（按水中墩验算）

根据不发生管涌条件：

K=（h＇+2t）r＇/h＇rw≥1.5

r＇=rs-rw=18.8-10.0=8.8KN/m3,t=4.5mh＇=4.0mrw=10.0KN/m3

则K=（4+2×4.5）×8.8/4×10

=2.86＞1.5

即当钢板桩入土深度4.5m时，满足条件，不会发生管涌。

（9）坑底渗水量计算：

Q=K×A×ι=K×A×h＇/（h＇+2t）

根据设计地质资料，土的综合渗透系数取0.08m/d

则Q=（0.08×9.4×10×4）/（4+2×4.5）

=2.31m3

根据其渗水量的大小，为到达较好的降水效果利于承台施工，在承台外侧与钢板桩之间可设置2个降水井。

（10）围囹和支撑杆布置方式

钢板桩打入土体后，进行围堰内基坑开挖。

当开挖至距钢板桩顶端2.63m处，进行围囹和支撑施工。

围囹采用2I40a工字钢，支撑杆采用三道等间距横桥向直撑，支撑杆采用φ300mm×10mm的钢管。

工字钢之间采用□500mm×500mm×10mm钢板每隔1米进行两面满焊连接，工字钢间隙按照0.08米设置。

各道支撑与围囹之间进行满焊连接，并保证焊接质量。

若支撑杆未贴靠在与围囹上，需作加垫钢板处理，使围囹上的力传到支撑上，以起到支撑的作用。

支撑与围囹的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。

立模板时需要将模板割开以便穿过支撑杆，随后将支撑杆一起浇筑在混凝土中。

五、钢板桩施工工艺

1、钢板桩施工的一般要求

⑴钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。

⑵基坑护壁钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置。

各周边尺寸尽量符合板桩模数。

⑶整个基础施工期间，在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。

2、钢板桩施工的顺序 

施工流程:

根据施工图及高程，放设沉桩定位线→实施表层回填矿渣土剥离→根据定位线控设沉桩导向槽→整修加固施工机械行走道路及施工平台→沉设钢板桩→将钢板桩送至指定标高→焊接围囹支撑→挖土→施工承台、墩身及顶帽→填土→拔除钢板桩。

3、钢板桩的检验、吊装、堆放

⑴钢板桩的检验

钢板桩运到工地后，需进行整理。

清除锁口内杂物（如电焊瘤渣、废填充物等），对缺陷部位加以整修。

①锁口检查的方法：

用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。

检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。

对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。

②为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。

同时，尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。

需要进行宽度检查，方法是：

对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1为宜。

对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。

对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。

③钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。

④锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。

每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：

干膨润土：

干锯沫＝5：

5：

3。

⑵钢板桩吊运

装卸钢板桩宜采用两点吊。

吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。

吊运方式有成捆起吊和单根起吊。

成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。

⑶钢板桩堆放

钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。

堆放时应注意：

a.堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；

b.钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；

c.钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3-4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。

4、定位

在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。

导向架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2．5～3．5m，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。

安装导向架时应注意以下几点：

a.采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。

b.导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。

c.导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。

d.导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。

5、钢板桩施工

（1）制作角桩和支撑组件，首先在岸上按设计要求加工、焊接角桩和支撑组件。

（2）钢板桩的插打采用内导向框架法，即内支撑作内导向柜架逐片插打钢板桩直到合拢。

施打钢板桩时，以内支撑作导向框，顺着导向框用45KW振动锤施打钢板桩（钢板桩在岸上予以整形符合要求）。

（3）开挖及支护

a.首先用水泵排净围堰内的水，然后用挖掘机对基坑进行开挖，挖掘机施工够不到部位可以考虑用挖掘机进行基坑的开挖。

施工到钢板桩顶以下2.63m位置处，进行围囹和支撑施工，然后继续开挖。

围堰开挖时应分层分区连续施工，并对称开挖。

b.围囹及支撑制做安装：

根据设计位置在钢板桩内壁上焊围囹托架，然后吊装工字钢围囹并焊接加固。

钢管支撑与围囹之间的连接要进行满焊，并保证焊接质量。

c.开挖基坑内设置排水措施，基坑开挖时要做好排水，以便于开挖。

机械支撑部位要铺垫钢板以扩散压力，保证施工平台受力均匀。

d.基坑周边（约一倍桩长）范围内严禁堆载。

e.开挖过程中注意支护体系的变形观察。

f.基坑内作业时，要有专职安全员负责。

在基坑开挖过程中需要注意的问题：

首先是钢板桩未贴靠在围囹上的部分，需作加垫处理，使钢板桩的压力传到围囹及支撑上，支撑的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。

其次是开挖和支撑的架设施工过程必须紧密配合，开挖过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力，两者配合就能较好地利用软土施工中的时空效应，有效地控制围护体系在受力后的变形。

施工中切不可超挖，及时做到施加支撑。

开挖施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。

开挖至设计标高，进行封底混凝土施工，封底混凝土采用C20混凝土。

封底混凝土要在围堰范围内满铺以兼作围堰的支撑，为钢板桩的支撑提供安全保障；为便于拨除钢板桩和钢管支撑，可以在封底混凝土与钢板桩、钢管支撑之间铺设一层油毛毡，以减少混凝土与钢板桩间、钢管支撑的摩阻力。

（5）凿除桩头至设计位置，进行根据要求进行桩基检测，检测合格后方可进行下道工序。

（6）拔桩。

承台及墩身施工完毕后进行钢板桩的拔除。

钢板桩拔桩前，先将围堰内的支撑拆除。

先略锤击振动各拔高1～2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再从两侧依次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力。

拔桩时应注意事项：

a.振打与振拔：

拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。

对较难拔除的板桩可先用振动锤将桩振下100－300mm，再与振动锤交替振打、振拔。

b.对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续不超过1.5h。

六、安全措施

1、为提高基坑围护的安全可靠性，对钢板桩的入土深度已经进行了理论数据的计算，也对钢板桩的围护强度及稳定性进行验证，确保了基坑施工的可靠性。

2、沉设钢板桩的施工中，严格按照沉桩规范施工，基坑四角必需采用角桩，最大程度的提高小齿口钢板桩的防漏性能，保证下道工序顺利进行。

3、围囹与支撑之间的连接要进行满焊，保证焊接质量。

4、吊装过程中要严格遵守操作规范，严禁违章作业。

5、施工过程中,钢板桩渗漏处要及时进行止漏处理保证施工时的安全。

6、严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工，开挖坑土堆放至10m～15m（1倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对钢板桩的侧压力，增强围护的安全系数，即时对坑内积水进行抽排。

在对基层实施挖土时，挖土机械严格按照规范操作，最大程度的减小挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，对钢板桩的破坏，确保基坑安全。

7、作好基坑围护工作，设置护栏及醒目标志，设置防坠落警示牌。

8、雷雨、风力六级以上（含六级）天气不得进行作业。

9、建立严格的工序交接程序，制定科学、严谨、可行的施工计划，最大程度的调动施工群体的主观能动性，拟定合理的奖罚条律，坚持以人为本，安全第一的原则，加强协作意识，高度重视施工质量，如期完成施工任务。