钢板桩计算书

南淝河特大桥连续梁主墩承台 钢板桩围堰施工计算书

1设计资料

(1)桩顶高程H1：8.0m，汛期施工水位：7.0m。

(2)地面标高H0：8m；基坑底标高H3：-1.54m；开挖深度H：9.54m。 (3)封底混凝土采用C30混凝土，封底厚度为1m。

(3)坑内、外土的天然容重加权平均值r1、r2均为：m3；内摩擦角加权平均值18.8；粘聚力C：24KPa。

(4)地面超载q：按70吨考虑，换算后为10KN/m2。

(5)钢板桩采用国产拉森钢板桩，选用鞍IV型（新）（见《施工计算手册》中国建筑工业出版社P290页）钢板桩参数 A=98.70cm2，W=2043cm3，

=200Mpa，桩长18m。

2钢板桩入土深度计算 内力计算

(1)作用在钢板桩上的土压力强度及压力分部见图

根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P284页(5-89、5-90）公式得：

18.8oKatg（45）0.51

22o18.8oKpitg（45）1.95

22o钢板桩均布荷载换算土高度h0：

h0q/r10/18.90.53m

(2)支撑层数及间距

按等弯矩布置确定各层支撑的间距,则拉森Ⅳ型钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度，根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P284页(5-96）公式得：

6W362001052043=2940mm=2.9m h3rKa18.90.51h1==*=3.2m h2==*=2.6m h3==*=2.2m

根据施工需要调整支撑布置h1=，h2=，h3=层数为3层。 受力简图见图

图 钢板桩受力简图

入土深度计算

用盾恩近似法计算钢板桩入土深度

主动土压力系数，被动土压力系数从上可知：Ka0.51、Kp1.95

图 钢板桩计算简图

根据假定作用在钢板桩AB段上的荷载ABCD，一半传至A点上，另一半由坑底土压力EBF承受，由图所示，几何关系根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P288页(5-99）公式得：

(KpKa)x2KaHxKaHL0

(1.950.51)x20.519.23x0.519.230.840

x6.023m

23根据入土部分的固定点，被动土压力合力作用点在离坑底x处，所以钢板桩最下面一跨的跨度为+=处。

故钢板桩的总长度至少为l9.546.02315.563m,即钢板桩长度为，入土深度为时能保证桩体本身的稳定性，选用18m钢板桩，实际入土深度为。 3钢板桩稳定性检算 管涌检算

管涌的原因主要收水的作用影响，计算时考虑有水一侧，基坑抽水

后水头差为h1=8.54m，入土深度h2=x，最短的渗流途径如图2-1所示为h1+h2×2，不产生管涌的安全条件，根据根据《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社，P284页(5-107）公式得： Kirwrb

式中K为安全系数取； 水容重取rw10KN/m3；

土的浮容重为rb18.9108.9KN/m3； 水力梯度iH(H2x)；

计算得x3.89m时，不会发生管涌。 所需桩长l9.543.8913.43m

选用18m钢板桩，则入土深度为，反算抗管涌安全系数K2.17,不会发生管涌。 基坑底部隆起验算

基底抗隆起稳定性分析采用C,q，h9.53m抗隆验算方法。 根据《基础工程》中国建筑工业出版社P308页（8-30）公式： 安全系数K1.7 H9.54m、C24KPa、x8.46m、q10KN/m2、18.8、

Nqetgtg2(45)=

2Nc(Nq1)tg=

18.98.465.692413.78=＞

18.9(9.548.46)10Ksr2xNqcNcr1(Hx)q即钢板桩打入深度，地基土稳定，不会发生隆起。 4围囹检算

工况分析与计算

工况分析模型加载力按照主动土压力强度paKar(h1h2)，被动土压力强度pbKbrh 4.1.1工况一

参照《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社P284,施作桩顶围囹和支撑后,开挖基坑至+4.6m，即3.4m深，未安装第一道支撑前，钢板桩为顶部简支的单锚浅埋板，则支撑受力为RaEaEp。

假定钢板桩所需入土深度为t，

11r(Ht)2Ka18.9(3.4t)20.514.82(3.4t)2 2211EpKprt21.9518.9t218.43t2

22Ea为使钢板桩保持稳定，在钢板桩顶部力矩应等于零 因此最小入土深度

(3EP2Ea)H(318.43t224.82(3.4t)2)3.4t

2(EaEp)2(4.82(3.4t)218.43t2)t2.81m

Ea4.82(3.42.81)2185.879KN

Ep18.432.812145.525KN

因此RaEaEp40.354KN 剪力为零的点据支撑点的距离

rKKphRarKah取K=，h=0.84m。 M40.3540.8433.90MPa

M33.9010316.59MPa＜200MPa W2043VRa

Ra40.351034.08MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.2工况二

安装好第一道支撑，开挖至标高+，即深，第二道支撑没有施作。此时钢板桩可看作为在桩顶和第一道支撑处简支，基坑以下2m处固结的连续梁结构。则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax88.51KN、Mmax88.5KN•m，最大支撑反力。作用在第一层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M88.510331043.3MPa＜200MPa 6W204310Vmax88.511038.97MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.3工况三

安装好第二道支撑，继续开挖至标高+0.4m处，即基坑7.6m深，此时钢板桩可看作为在桩顶、第一和第二道支撑处简支，在基底以下2m处固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax137.84KN、Mmax128.45KN•m，最大支撑反力。作

用在第二层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M128.4510310362.9MPa＜200MPa 6W204310Vmax137.8410313.97MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.4工况四

安装好第三道支撑，继续开挖至基坑底，底标高处，即基坑深，此时钢板桩可看作为在桩顶、第一道、第二道和第三道支撑处简支，在基底以下2m处固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax175.91KN、Mmax153.30KN•m，最大支撑反力。作

用在第三层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M153.3010310375.0MPa＜200MPa 6W204310Vmax175.9110317.82MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.5工况五

安装好第四道围囹和支撑，继续开挖至封底混凝土底面，即标高为，此时钢板桩可看做为在桩顶、第一道到第四道支撑处简支，在基底以下2m处固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax168.12KN、Mmax126.16KN•m，最大支撑反力。作用在第四层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M126.1610331061.8MPa＜200MPa 6W204310Vmax168.1210317.03MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.6工况六

安装好第四道支撑，清基，灌注封底混凝土，待强度达到设计要求后，封底混凝土作为第一道支撑，拆除第四道支撑和围囹，拆除第三道支撑，围囹保留，此时钢板桩可视为在桩顶、第一道、第二道支撑和第三道围囹处简支，封底混凝土顶固结的连续梁结构，则建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

Vmax203.10KN、Mmax155.67KN•m，计算得钢板桩：第三层最大反力为，

作用在第三层围囹处、第二层支撑最大反力作用在第二层围囹和支撑处。

则此时钢板桩的应力为

M155.6710310376.20MPa＜200MPa 6W204310Vmax203.110320.58MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 封底混凝土需要的强度

PVmax、假设是支撑，则面积A0.125m2

P203.1103K1.52.4MPa。 6A0.125104.1.6工况七

第一层承台施工完毕，拆模，养生至强度达到20Mpa以上时，恢复第三道支撑，临时支撑在第一层承台侧壁上，拆除第二道支撑，围囹保留。此时钢板桩可视为在桩顶、第一道、第三道支撑和围囹处简支，在封底顶固结的连续梁，建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax131.84KN、Mmax77.51KN•m，第三层最大反力为，作用在第三层支撑及围囹处、第二层支撑最大反力作用在第二层围囹处。

则此时钢板桩的应力为

M77.5110310337.94MPa＜200MPa 6W204310Ra131.8410313.36MPa＜[f]110.5MPa 2A98.710故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.7工况八

第二层承台施工完毕，拆模，养生至强度达到20MPa以上时，恢复第二道支撑，临时支撑在第二层承台侧壁上，拆除第三层围囹和支撑，回填基坑至第二层围囹底，拆除第二层围囹和支撑，此时钢板桩可视为桩顶、第一道支撑和围囹处简支，在原第二层围囹以下2m处固结的连续梁结构，建模如下：

受力布置图(KN/m）

剪力图（KN）

弯矩图（KN·m）

计算得钢板桩：Vmax78.11KN、Mmax60.31KN•m，第一层支撑最大反力作用在第一层围囹处。

则此时钢板桩的应力为

M60.3110331029.52MPa＜200MPa 6W204310Ra78.111037.91MPa＜[f]110.5MPa

A98.7102故此工况下钢板桩能够满足要求。 4.1.8工况九

第二道围囹和支撑拆除后继续回填至第一道围囹和支撑处，拆除第一道围囹和支撑，工况回到工况一，已经经过检算钢板桩能满足受力要求。

通过以上计算可知，在八种工况下采用IV型拉森钢板桩受力均能满足要求。 围囹计算

围囹设四个脚撑和两道对撑，结构如下图

围囹及支撑结构图（m）

各工况下层围囹受力情况如下表所示：

围囹受力 工况 工况一 工况二 工况三 工况四 工况五 工况六 工况七 工况八 工况九 最大值 顶层 围囹受力（KN/延米） 第一层 第二层 第三层 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 第四层 0 0 0 0 0 0 0 0 4.2.1顶层围囹

最大支撑反力m，即为作用在围囹上的均布荷载顺桥向围囹建模平面如

下：

受力布置图（KN/m）

剪力图(KN)

弯矩图（KN·m）

围囹受力：Vmax90.80KN、Mmax56.29KN•m，斜撑最大支撑反力为

横桥向围囹建模平面如下：

受力布置图（KN/m）

剪力图(KN)

弯矩图（KN·m）

围囹受力：Vmax73.65KN、Mmax40.5KN•m，对撑最大支撑反力为，斜撑最大支撑反力为。

围囹所需截面：

56.29103333W0.2610m260cm 621510M选用I40a工字钢，W1086cm3,I21714cm4，tf16.5mm，tw10.5mm，

S626.05cm3，I/S21714/626.0534.68cm

Mmax56.2910351.83MPa＜［］215MPa

W1086VS73.6510320.23MPa＜[f]110.5MPa Itw346.810.5故顶层围囹采用I40a工字钢能满足受力要求。 4.2.2第一层围囹

最大支撑反力延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为的=，故围囹受力：Vmax90.802.6236.08KN、

Mmax56.292.6146.35KN•m，对撑最大反力134.182.6348.87KN，斜撑最

大支撑反力为1072.6278.2KN。

围囹所需截面：

146.35103333W0.68110m681cm 621510M选用I40a工字钢，W1086cm3,I21714cm4，tf16.5mm，tw10.5mm，

S626.05cm3，I/S21714/626.0534.68cm

Mmax146.35103134.76MPa＜［］215MPa

W1086VS236.0810364.83MPa＜[f]110.5MPa Itw346.810.5故顶层围囹采用I40a工字钢能满足受力要求。 4.2.3第二层围囹

最大支撑反力延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为的=，故围囹受力：围囹受力：Vmax90.804.001363.29KN、

Mmax56.294.001225.216KN•m，对撑最大反力134.184.001536.85KN，斜

撑最大支撑反力为1074.001428.11KN。

围囹所需截面：

225103W1.047103m31047cm3 621510M选用I50c工字钢，W2012.98cm3,I50324.53cm4，tf20mm，tw16mm，

S1200.8cm3，I/S50324.53/1200.841.9cm

Mmax225.216103111.9MPa＜［］215MPa

W2012.98VS363.2910354.2MPa＜[f]110.5MPa Itw41916故顶层围囹采用I50c工字钢能满足受力要求。 4.2.4第三层围囹

最大支撑反力延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为的=，故围囹受力：Vmax90.805.63511.2KN、

Mmax56.295.63316.91KN•m，对撑最大反力134.185.63755.43KN，斜撑最

大支撑反力为1075.63602.41KN。

围囹所需截面：

316.91103333W1.47410m1474cm 621510Mtw16mm，W2012.98cm3,I50324.53cm4，选用双I50c工字钢，tf20mm，

S1200.8cm3，I/S50324.53/1200.841.9cm

Mmax316.91103157.4MPa＜［］215MPa

W2012.98VS511.210376.3MPa＜[f]110.5MPa Itw41916故顶层围囹采用I50c工字钢能满足受力要求。 4.2.5第四层围囹

最大支撑反力延米，即为作用在围囹上的均布荷载，建模与4.2.1相同，反力为的=，故围囹受力：Vmax90.805.65513.0KN、

Mmax56.295.65318.04KN•m，对撑最大反力134.185.65758.12KN，斜撑最

大支撑反力为1075.65604.55KN。

围囹所需截面：

318.04103333W1.47910m1479cm 621510M选用I50c工字钢，W2012.98cm3,I50324.53cm4，tf20mm，tw16mm，

S1200.8cm3，I/S50324.53/1200.841.9cm

Mmax318.04103158.0MPa＜［］215MPa

W2012.98VS51310376.5MPa＜[f]110.5MPa Itw41916故顶层围囹采用I50c工字钢能满足受力要求。 5对撑和斜撑检算

对撑和斜撑采用螺旋钢管桩，各工况下斜撑和对撑受力情况如下表所示：

支撑受力 支撑位置 斜撑 对撑 最大值 顶层 107 第一层 支撑受力 第二层 第三层 第四层 对撑承受轴向力，最大为，为对撑处，采用φ400钢管，管壁厚t14mm，

W1599753mm3，400mm，i137.3mm，A17065.13mm2，最长对撑i016.5m。

根据长细比io/i120.17，查《钢结构设计规范》附表得稳定系数=。 自重弯矩

ql278.50.01716.52Mmax45.415KN•m

88NMmax758.1210345.415106131.70＜f215MPa AW0.4317065.131599753满足要求。

综上计算可知，采用拉森IV型钢板桩作为基坑开挖防护结构，长18m，顶标高+，入土深度，顶层围囹采用I40a工字钢能满足要求，第一层围囹采用I40a工字钢能满足要求，第二层围囹、第三层围囹、第四层围囹采用I50c均能满足要求。对撑斜撑采用φ400螺旋钢管，壁厚14mm钢管能满足要求。