某大桥主墩承台钢板桩计算

已知条件：

1、施工水位：+17.50m

2、平台土围堰标高：+19.00m；

   承台底面标高：+11.67m；承台厚4.8 m。             

3、土的重度为：18.8KN/ m3，内摩擦角Ф=20.1°

4、距板桩外1.5m 均布荷载按20KN/ m2 计。

5、围堰内50cm 厚C20 封底砼。

6、拉森Ⅳ型钢板桩 W=2037cm3，[f]=200MPa

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=20/18.8=1.06m

+17.50m 以上土压力强度Pa1：

Pa1=r*(h1+1.5)Ka=18.8*(1.06+1.5)*0.49=23.6KN/m²

+17.50m 以下土压力强度Pa2：

Pa2=[r*(h1+1.5)+（r-rw）*（17.5-11.67）]*Ka

=[18.8*(1.06+1.5)+()18.8-10*5.83]*0.49=48.7KN/m²

水压力(围堰抽水后)Pa3：

Pa3=rw*(17.5-11.67)=10*5.83=58.3 KN/m2

则总的主动压力(土体及水压力)Ea：

Ea=(23.6*2.56)/2+23.6*(2.56+5.83)+(48.72-23.6)*5.83/2+58.3*5.83/2=471.4 KN/m2

合力Ea 距承台底的距离y：

471.4*y=23.6*2.56*5.83+2.56/3+23.6*5.83*5.83/2+(48.72-23.6)/2*5.83*5.83/3+58.3*5.83/2*5.83/3=2.28m

(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,根据拉森Ⅳ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:

=298cm=2.98m

h1=1.11h=1.11*2.98=3.3m

h2=0.88H=0.88*2.98=2.62m

h3=0.77h=0.77*2.98=2.3m

根据具体情况，确定采用的布置如图所示：

（3）各内支撑反力

采用简支梁法近似计算各内支撑反力

P1=23.6 × 2.56/2+23.6 × (0.34+2.89/2)+31.22

× 0.34/2+31.22 × 2.89/2+(95.97-31.22)/2 ×2.89/2=146.15 KN/m

P2=95.97×（2.6/2+2.89/2）+（130.62-95.97）/2×2.6/2-（95.97-31.22）/2

×2.89/2=227.11KN/m

（4）钢板桩入土深度：

土的重度考虑浮力影响后，取r=8.8KN/m2

Kn=r(Kp-Ka)=8.8*(2.05-0.49)=13.73 KN/m3

则r*( Kp-Ka)*X*X*X*2/3*1/2=2.28*471.4

得X=6.12

取安全系数K=1.1

X=1.1*6.12=6.73m

所以钢板桩的总长度L 为：

L=6.73+1.06+7.33=14.76m

选用钢板桩长度16.0m，3号墩考虑为18.m。

(5) 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=18.8 KN/m3，c=21.1Kpa，q=20 KN/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，以避免基坑底部的隆起。

（6）基坑底管涌验算

根据不发生管涌条件：

K=（h＇+2t）r＇/ h＇rw≥1.5

r＇=rs-rw=18.8-10.0=8.8 KN/m3, t=5.0m h＇=7.0m rw=10.0 KN/m

则K=(7+2*5)*8.8/7*10=2.13＞1.5

即当钢板桩入土深度超过5m 时，不会发生管涌。

（7）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*26*20*7)/(7+2*5)=17.12m3

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

板桩之间设置8 个降水井。

（8）整体抗浮稳定性检算：

当停止降水或抽干基坑内积水时，封底层底面因受到静水压力作用，则要求

K=Pk/Pf=(0.9Ph+λ*L*Σfι*h)/Pf≥1.05

=（0.9×842.8+0.6×（26+20）×14×21.1）/20×26×（17.5-11.67-0.8）=0.6＜1.05

但由于在施工中，将在基坑内封底砼中设置降水井，降水工作不停止，降水后水位

比封底砼底面要低，静水压力较小，从而不会发生整体上浮。

（9）封底砼强度验算

将封底砼近似简化为简支单向板计算，封底砼抗拉强度：

f=1/8*Qι2/W=3ι2/4d[rw（h+d）-rc*d]=3*20/4*0.5[10*5.03-22*0.5]=1260＜[f] =1500Kpa

（10）围囹受力计算(26m):

1、支承力：P1=P/4=498.3/4=124.575t=124575kg

2、支承布置见图。

3、围囹采用Ⅰ36a，同时腹板每隔1 米两侧加焊一道，翼板间焊接2 米通长钢板，加焊缀板后形成封闭箱型结构。

4、弯矩

Mmax=1/8q(l2-4a2) =1/8*19.165*(6.52-4*3.252)=0

5、剪力

Q=R/2=62287.5kg

τ=Q*Sx/Ix*d=62287.5*514.7/15800*1.58=1284.2kg/cm2＜1300 kg/cm2

6、围囹分2 段，每段12.9m

7、20m 布置，同样为2 段，每段长度9.9m 。

（11）支承杆，采用φ600×10 的钢管

1、钢管截面积

A=1/4π(D2-d2) =π/4*(602-582)=185.26cm2

2、钢管的回转半径

ι=0.354*(D+d)/2=0.354*(60+58)/2=20.88cm

3、钢管的长细比

λ=μl/ι=650*1/20.88=31.13 Ф=0.957

4、钢管的稳定性

σ=e/ФA=124575/0.957*185.26=702.647kg/cm2＜2150 kg/cm2

5、第一层、第二层采用相同的材料制作围囹和支承杆，第二层、第三层临时支承采用Ф600×6 的钢管支撑在桩基护筒上，第二层采取逐步置换的方法，将支撑由桩上

转化到过桥桩上，第三层钢管支撑浇筑封底砼后且达到一定强度后将支承杆拆除。

6、首层砼浇注厚度为2 米，达到一定强度后拆除第二层支撑。

第三道围囹采用2Ⅰ36a 工字钢，如下图所示。