板桩支护计算悬臂计算书.docx

1、板桩支护计算悬臂计算书板桩支护计算悬臂计算书 计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、土力学与地基基础 一、参数信息 1、基本参数支护桩材料工字钢支护桩中心距ba(m)1支护桩嵌入土深度ld(m)7基坑开挖深度h(m)5基坑外侧水位深度ha(m)2.5基坑内侧水位深度hp(m)1.5支护桩是否设置支撑否 2、支撑高度位置参数支撑道数各道支撑距基坑顶部距离S(m)14.6 3、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角()饱和

2、土重度sat(kN/m3)水土分算填土418121018否黏土417.814.439.7220否粉土1.719.86.8930.3922否粉质黏土3.319.614.3115.5422否粉质黏土819.621.116.2222否 4、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)矩形局部荷载10.701480 5、计算系数结构重要性系数00.9综合分项系数F0.9嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks1.25总体示意图土压力分布示意图附加荷载布置图 二、根据实际嵌固深度计算支护桩稳定性 1、主动土压力

3、计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45- 1/2）= tan2(45-10/2)=0.704； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-10/2)=0.704； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-10/2)=0.704； Ka4=tan2(45- 4/2）= tan2(45-9.72/2)=0.711； Ka5=tan2(45- 5/2）= tan2(45-30.39/2)=0.328； Ka6=tan2(45- 6/2）= tan2(45-15.54/2)=0.577； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-0m H1=0h0+q1b1l

4、1/(b1+2a1)(l1+2a1)/i=0+0/18=0m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=1800.704-2120.7040.5=-20.138kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=18(0+0)0.704-2120.7040.5=-20.138kN/m2 第2层土：0-2.5m H2=1h1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/i=0+0/18=0m Pak2上 =2H2Ka2-2c2Ka20.5=1800.704-2120.7040.5=-20.138kN/m2 Pak2下 =2(h2+H2)Ka2-2c2Ka20.5=18

5、(2.5+0)0.704-2120.7040.5=11.546kN/m2 第3层土：2.5-4m H3=2h2+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=45+0/18=2.5m Pak3上 =sat3H3Ka3-2c3Ka30.5=182.50.704-2120.7040.5=11.546kN/m2 Pak3下 =sat3(h3+H3)Ka3-2c3Ka30.5=18(1.5+2.5)0.704-2120.7040.5=30.556kN/m2 第4层土：4-8m H4=3h3+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=72+0/20=3.6m Pak4上 =s

6、at4H4Ka4-2c4Ka40.5=203.60.711-214.430.7110.5=26.863kN/m2 Pak4下 =sat4(h4+H4)Ka4-2c4Ka40.5=20(4+3.6)0.711-214.430.7110.5=83.752kN/m2 第5层土：8-9.7m H5=4h4+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=152+0/22=6.909m Pak5上 =sat5H5Ka5-2c5Ka50.5=226.9090.328-26.890.3280.5=41.981kN/m2 Pak5下 =sat5(h5+H5)Ka5-2c5Ka50.5=22(1.7+

7、6.909)0.328-26.890.3280.5=54.253kN/m2 第6层土：9.7-12m H6=5h5+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=189.4+0/22=8.609m Pak6上 =sat6H6Ka6-2c6Ka60.5=228.6090.577-214.310.5770.5=87.612kN/m2 Pak6下 =sat6(h6+H6)Ka6-2c6Ka60.5=22(2.3+8.609)0.577-214.310.5770.5=116.828kN/m2 3）水平荷载 临界深度：Z0=2.5-Pak2下h2/(Pak2上+Pak2下)=2.5-11.5

8、462.5/(20.138+11.546)=1.589m； 第1层土 Eak1=0kN； 第2层土 Eak2=0.5Pak2下(2.5-Z0)ba=0.511.546(2.5-1.589)1=5.259kN； aa2=(2.5-Z0)/3+h3=(2.5-1.589)/3+9.5=9.804m； 第3层土 Eak3=h3(Pak3上+Pak3下)ba/2=1.5(11.546+30.556)1/2=31.576kN； aa3=h3(2Pak3上+Pak3下)/(3Pak3上+3Pak3下)+h4=1.5(211.546+30.556)/(311.546+330.556)+8=8.637m； 第

9、4层土 Eak4=h4(Pak4上+Pak4下)ba/2=4(26.863+83.752)1/2=221.229kN； aa4=h4(2Pak4上+Pak4下)/(3Pak4上+3Pak4下)+h5=4(226.863+83.752)/(326.863+383.752)+4=5.657m； 第5层土 Eak5=h5(Pak5上+Pak5下)ba/2=1.7(41.981+54.253)1/2=81.799kN； aa5=h5(2Pak5上+Pak5下)/(3Pak5上+3Pak5下)+h6=1.7(241.981+54.253)/(341.981+354.253)+2.3=3.114m； 第6

10、层土 Eak6=h6(Pak6上+Pak6下)ba/2=2.3(87.612+116.828)1/2=235.106kN； aa6=h6(2Pak6上+Pak6下)/(3Pak6上+3Pak6下)=2.3(287.612+116.828)/(387.612+3116.828)=1.095m； 土压力合力： Eak=Eaki=0+5.259+31.576+221.229+81.799+235.106=574.969kN； 合力作用点： aa= (aaiEaki)/Eak=(00+9.8045.259+8.63731.576+5.657221.229+3.11481.799+1.095235.10

11、6)/574.969=3.632m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+9.72/2)=1.406； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+9.72/2)=1.406； Kp3=tan2(45+ 3/2）= tan2(45+30.39/2)=3.048； Kp4=tan2(45+ 4/2）= tan2(45+15.54/2)=1.732； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：5-6.5m H1=0h0/i=0/17.8=0m Ppk1上 =1H1Kp1+2c1Kp10.5=17.801.406+214.431.

12、4060.5=34.224kN/m2 Ppk1下 =1(h1+H1)Kp1+2c1Kp10.5=17.8(1.5+0)1.406+214.431.4060.5=71.771kN/m2 第2层土：6.5-8m H2=1h1/sati=26.7/20=1.335m Ppk2上 =sat2H2Kp2+2c2Kp20.5=201.3351.406+214.431.4060.5=71.771kN/m2 Ppk2下 =sat2(h2+H2)Kp2+2c2Kp20.5=20(1.5+1.335)1.406+214.431.4060.5=113.959kN/m2 第3层土：8-9.7m H3=2h2/sati

13、=56.7/22=2.577m Ppk3上 =sat3H3Kp3+2c3Kp30.5=222.5773.048+26.893.0480.5=196.857kN/m2 Ppk3下 =sat3(h3+H3)Kp3+2c3Kp30.5=22(1.7+2.577)3.048+26.893.0480.5=310.838kN/m2 第4层土：9.7-12m H4=3h3/sati=94.1/22=4.277m Ppk4上 =sat4H4Kp4+2c4Kp40.5=224.2771.732+214.311.7320.5=200.637kN/m2 Ppk4下 =sat4(h4+H4)Kp4+2c4Kp40.5

14、=22(2.3+4.277)1.732+214.311.7320.5=288.272kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Epk1=bah1(Ppk1上+Ppk1下)/2=11.5(34.224+71.771)/2=79.496kN； ap1=h1(2Ppk1上+Ppk1下)/(3Ppk1上+3Ppk1下)+h2=1.5(234.224+71.771)/(334.224+371.771)+5.5=6.161m； 第2层土 Epk2=bah2(Ppk2上+Ppk2下)/2=11.5(71.771+113.959)/2=139.297kN； ap2=h2(2Ppk2上+Ppk2下)/(3Ppk2上+

15、3Ppk2下)+h3=1.5(271.771+113.959)/(371.771+3113.959)+4=4.693m； 第3层土 Epk3=bah3(Ppk3上+Ppk3下)/2=11.7(196.857+310.838)/2=431.541kN； ap3=h3(2Ppk3上+Ppk3下)/(3Ppk3上+3Ppk3下)+h4=1.7(2196.857+310.838)/(3196.857+3310.838)+2.3=3.086m； 第4层土 Epk4=bah4(Ppk4上+Ppk4下)/2=12.3(200.637+288.272)/2=562.245kN； ap4=h4(2Ppk4上+P

16、pk4下)/(3Ppk4上+3Ppk4下)=2.3(2200.637+288.272)/(3200.637+3288.272)=1.081m； 土压力合力： Epk=Epki=79.496+139.297+431.541+562.245=1212.579kN； 合力作用点： ap= (apiEpki)/Epk=(6.16179.496+4.693139.297+3.086431.541+1.081562.245)/1212.579=2.543m； 3、嵌固稳定性验算 参考建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012，第4.2.1条 被动土压力合力到桩底的距离ap1=ap=2.543m 主动土压力

17、合力到桩底的距离aa1=aa=3.632m Epkap1/(Eakaa1)=1212.5792.543/(574.9693.632)=1.477Ke=1.2 满足要求！ 4、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图 Ksi =cjlj+(qjbj+Gj)cosj-jljtanj/(qjbj+Gj)sin cj、j 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； lj第j土条的滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa) ； Gj第j土条的自重(kN)，按天然重度计算

18、； uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhwaj，在基坑内侧，可取ujwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj0； w地下水重度(kN/m3)； hwaj基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； hwpj基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； min Ks1 ，Ks2 ，Ksi，=1.266Ks=1.25 满足要求！ 三、确定支护桩最小嵌固深度，并分析各工况下支护桩受力 工况1：开挖至基坑底部，开挖深度为5m 1、计算嵌固深度确定 要使板桩保持稳定，当前开挖工况下嵌固深度

19、需满足主动土压力造成的弯矩、基坑内侧被动土压力造成的弯矩总和平衡，即M=0; 同时需满足建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012第4.2.7条，对悬臂式支护结构，嵌固深度不小于0.8倍的开挖深度。 根据以上条件，通过试算法得到，计算嵌固深度为t=4.92m。4.92m深度以下土压力计算时不考虑。 考虑嵌固稳定安全系数1.2后，并满足规范最小嵌固深度要求，当前开挖工况支护桩实际嵌固深度7mmax(1.24.92，0.85)=5.904m 当前工况支护桩嵌固深度满足要求！ 2、当前工况下计算嵌固深度范围内的土压力计算 参考规范JGJ120-2012，计算支护桩结构时，只考虑弯矩平衡点以上部分（即

20、：计算锚固深度范围内）的土压力，所以当前工况下只显示锚固深度为4.92m范围的土压力。 1）主动土压力计算 主动土压力系数 Ka1=tan2(45- 1/2）= tan2(45-10/2)=0.704； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-10/2)=0.704； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-10/2)=0.704； Ka4=tan2(45- 4/2）= tan2(45-9.72/2)=0.711； Ka5=tan2(45- 5/2）= tan2(45-30.39/2)=0.328； Ka6=tan2(45- 6/2）= tan2(45-15.54/

21、2)=0.577； 土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-0m H1=0h0+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/i=0+0/18=0m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=1800.704-2120.7040.5=-20.138kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=18(0+0)0.704-2120.7040.5=-20.138kN/m2 第2层土：0-2.5m H2=1h1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/i=0+0/18=0m Pak2上 =2H2Ka2-2c2Ka20.5=1800.704-2120.7040

22、.5=-20.138kN/m2 Pak2下 =2(h2+H2)Ka2-2c2Ka20.5=18(2.5+0)0.704-2120.7040.5=11.546kN/m2 第3层土：2.5-4m H3=2h2+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=45+0/18=2.5m Pak3上 =sat3H3Ka3-2c3Ka30.5=182.50.704-2120.7040.5=11.546kN/m2 Pak3下 =sat3(h3+H3)Ka3-2c3Ka30.5=18(1.5+2.5)0.704-2120.7040.5=30.556kN/m2 第4层土：4-8m H4=3h3+q1b

23、1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=72+0/20=3.6m Pak4上 =sat4H4Ka4-2c4Ka40.5=203.60.711-214.430.7110.5=26.863kN/m2 Pak4下 =sat4(h4+H4)Ka4-2c4Ka40.5=20(4+3.6)0.711-214.430.7110.5=83.752kN/m2 第5层土：8-9.7m H5=4h4+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=152+0/22=6.909m Pak5上 =sat5H5Ka5-2c5Ka50.5=226.9090.328-26.890.3280.5=41.9

24、81kN/m2 Pak5下 =sat5(h5+H5)Ka5-2c5Ka50.5=22(1.7+6.909)0.328-26.890.3280.5=54.253kN/m2 第6层土：9.7-9.92m H6=5h5+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=189.4+0/22=8.609m Pak6上 =sat6H6Ka6-2c6Ka60.5=228.6090.577-214.310.5770.5=87.612kN/m2 Pak6下 =sat6(h6+H6)Ka6-2c6Ka60.5=22(0.22+8.609)0.577-214.310.5770.5=90.406kN/m2

25、2）被动土压力计算 被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+9.72/2)=1.406； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+9.72/2)=1.406； Kp3=tan2(45+ 3/2）= tan2(45+30.39/2)=3.048； Kp4=tan2(45+ 4/2）= tan2(45+15.54/2)=1.732； 土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：5-6.5m H1=0h0/i=0/17.8=0m Ppk1上 =1H1Kp1+2c1Kp10.5=17.801.406+214.431.4060.5=34.224kN/m2 Ppk1

26、下 =1(h1+H1)Kp1+2c1Kp10.5=17.8(1.5+0)1.406+214.431.4060.5=71.771kN/m2 第2层土：6.5-8m H2=1h1/sati=26.7/20=1.335m Ppk2上 =sat2H2Kp2+2c2Kp20.5=201.3351.406+214.431.4060.5=71.771kN/m2 Ppk2下 =sat2(h2+H2)Kp2+2c2Kp20.5=20(1.5+1.335)1.406+214.431.4060.5=113.959kN/m2 第3层土：8-9.7m H3=2h2/sati=56.7/22=2.577m Ppk3上 =

27、sat3H3Kp3+2c3Kp30.5=222.5773.048+26.893.0480.5=196.857kN/m2 Ppk3下 =sat3(h3+H3)Kp3+2c3Kp30.5=22(1.7+2.577)3.048+26.893.0480.5=310.838kN/m2 第4层土：9.7-9.92m H4=3h3/sati=94.1/22=4.277m Ppk4上 =sat4H4Kp4+2c4Kp40.5=224.2771.732+214.311.7320.5=200.637kN/m2 Ppk4下 =sat4(h4+H4)Kp4+2c4Kp40.5=22(0.22+4.277)1.732+

28、214.311.7320.5=209.02kN/m2 3、支护桩受力分析 由于支护桩中心距ba为1m 则单根支护桩各位置主动土压力线荷载为：qak=Pakba； 单根支护桩各位置被动土压力线荷载为：qpk=Ppkba； 支护桩计算简图如下：工况1支护桩计算简图 弯矩图(kNm) Mk=280.115kNm 剪力图(kN) Vk=335.95kN 四、支护桩计算 1、支护桩材料参数钢桩型号50a号工字钢钢桩放置方式翼缘板平行基坑边惯性矩I(cm4)46500截面抵抗矩W(cm3)1860钢材的弹性模量E(N/mm2)206000钢材的抗弯强度设计值f(N/mm2)205钢材的抗剪强度设计值(N/mm2)125材料截面塑性发展系数1.05 2、强度设计值确定 Mk=max(280.115)=280.115kNm M=0FMk=0.90.9280.115=226.893kNm Vk=max(335.95)=335.95kNm V=0FVk=0.90.9335.95=272.12kN 3、材料的强度计算 1）支护桩强度计算 max=M/(W)=226.893106/(1.051860103)=116.177N/mm2f=205N/mm2 满足要求！ S=bh2/8