基坑钢板桩支护设计计算中铁三局技术中心

基坑钢板桩支护设计计算基坑钢板桩支护设计计算1课件主要内容课件主要内容一、基坑开挖分类一、基坑开挖分类二、基坑设计及计算要点二、基坑设计及计算要点三、钢板桩支护形式三、钢板桩支护形式四、基本计算方法及应用四、基本计算方法及应用五、工程案例详细计算五、工程案例详细计算2一、基坑开挖分类基坑开挖分类有支护开挖排桩钢筋混凝土桩型钢桩钢板板桩连续墙水泥土墙（SMW工法桩）土钉墙双排桩无支护开挖（放坡开挖）3二、基坑设计及计算要点工程用地工程用地红线，确定基坑的平面和立面范，确定基坑的平面和立面范围。基坑影响范基坑影响范围内岩土勘察（地下水、岩土性内岩土勘察（地下水、岩土性质、C、等）。等）。基坑的用途及周基坑的用途及周边环境。境。现有的有的设备、技、技术及相及相邻地段的施工地段的施工经验。一一级：1.1（深度大于（深度大于10m，永，永临结合，合，临近重要建筑物）；近重要建筑物）；二二级：1.0；三；三级：0.9。设计前准备工作承承载能力极限状能力极限状态（土体失（土体失稳、支、支护结构破坏、内撑构破坏、内撑/内内锚失效，失效，临时工程）工程）正常使用极限状正常使用极限状态（变形、裂形、裂缝、振、振动等，永久工程）等，永久工程）安全等级及重要性系数支支护体系方案比体系方案比选及及选型型支支护结构的构的强度及度及变形形计算算基坑基坑稳定性定性验算算围护墙的抗渗的抗渗计算（永久工程）算（永久工程）地下水控制方案（抽水与否、降水与否、封底与否等）地下水控制方案（抽水与否、降水与否、封底与否等）挖土方案（挖土与支挖土方案（挖土与支护、挖土机位置等）、挖土机位置等）监测方案及方案及环境保境保护（测斜、水平位移、沉降）斜、水平位移、沉降）应急措施及急措施及预案（深大基坑）案（深大基坑）基坑的极限状态或控制标准设计和计算内容4三、钢板桩支护形式钢板桩支护支撑（锚）式（软土地层，优先支撑式）单撑（锚）多撑（锚）悬臂式（放坡开挖无（放坡开挖无场地，开挖深度不大地，开挖深度不大4.0m，且无，且无建筑物建筑物临近，控制基坑周近，控制基坑周边地地层变形能力差）形能力差）5四、基本计算方法及应用计算工况算工况地下水控制地下水控制挖土与支挖土与支护确定每种工确定每种工艺或工或工序的最不利工况序的最不利工况荷荷载土土压力（水土合算；水土分算）力（水土合算；水土分算）水水压力（力（h）基坑周基坑周边建构筑物建构筑物施工荷施工荷载基坑基坑稳定性定性入土深度入土深度基坑底抗隆起基坑底抗隆起稳定性定性抗承抗承压水突涌水突涌稳定性定性抗抗侧壁管涌壁管涌支支护结构构钢板板桩强度及度及刚度度内支撑内支撑强度及度及刚度度锚杆（索）独立杆（索）独立设计6土压力土压力锚杆板桩板桩变形板桩上土压力 实测 计算7根据支护结构的位移情况和支护结构后土根据支护结构的位移情况和支护结构后土体所处的应力状态可以将土压力分为：体所处的应力状态可以将土压力分为：静止土压力静止土压力Eo 主动土压力主动土压力Ea 被动土压力被动土压力Ep土压力的类型土压力的类型8岩石9静静静静止止止止土土土土压压压压力力力力:当当当当支支支支护护护护结结结结构构构构静静静静止止止止不不不不动动动动，土土土土体体体体处处处处于于于于弹弹弹弹性性性性平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态时时时时，土土土土对对对对支支支支护护护护结结结结构的构的构的构的压压压压力称力称力称力称为为为为静止土静止土静止土静止土压压压压力，一般用力，一般用力，一般用力，一般用E0E0表示表示表示表示 。主主主主动动动动土土土土压压压压力力力力:当当当当支支支支护护护护结结结结构构构构向向向向离离离离开开开开土土土土体体体体方方方方向向向向偏偏偏偏移移移移至至至至土土土土体体体体达达达达到到到到极极极极限限限限平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态时时时时，作用在支作用在支作用在支作用在支护结护结护结护结构上的土构上的土构上的土构上的土压压压压力称力称力称力称为为为为主主主主动动动动土土土土压压压压力，一般用力，一般用力，一般用力，一般用EaEa表示。表示。表示。表示。被被被被动动动动土土土土压压压压力力力力：当当当当支支支支护护护护结结结结构构构构向向向向土土土土体体体体方方方方向向向向偏偏偏偏移移移移至至至至土土土土体体体体达达达达到到到到极极极极限限限限平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态时时时时，作作作作用在支用在支用在支用在支护结护结护结护结构上的土构上的土构上的土构上的土压压压压力称力称力称力称为为为为被被被被动动动动土土土土压压压压力，用力，用力，用力，用EpEp表示。表示。表示。表示。基本假定基本假定基本假定基本假定 土体是具有土体是具有土体是具有土体是具有水平表面水平表面水平表面水平表面的半无限体，的半无限体，的半无限体，的半无限体，墙背竖直光墙背竖直光墙背竖直光墙背竖直光滑滑滑滑，采用这样假定的目的，采用这样假定的目的，采用这样假定的目的，采用这样假定的目的是控制墙后单元体在水平是控制墙后单元体在水平是控制墙后单元体在水平是控制墙后单元体在水平和竖直方向的主应力方向。和竖直方向的主应力方向。和竖直方向的主应力方向。和竖直方向的主应力方向。朗肯土压力理论10主动土压力强度主动土压力强度主动土压力强度主动土压力强度B B点：点：点：点：p pa a=0 0时，求得临界深度：时，求得临界深度：时，求得临界深度：时，求得临界深度：单位长度上的总主动土压力为单位长度上的总主动土压力为单位长度上的总主动土压力为单位长度上的总主动土压力为合力点位于合力点位于合力点位于合力点位于 处，水平向左处，水平向左处，水平向左处，水平向左hABEaz0墙与土在很小的拉力墙与土在很小的拉力墙与土在很小的拉力墙与土在很小的拉力作用下就会分离作用下就会分离作用下就会分离作用下就会分离(一一一一般情况下认为土不能般情况下认为土不能般情况下认为土不能般情况下认为土不能承受拉应力承受拉应力承受拉应力承受拉应力)，故在，故在，故在，故在计算土压力时，这部计算土压力时，这部计算土压力时，这部计算土压力时，这部分应忽去不计。分应忽去不计。分应忽去不计。分应忽去不计。11主动土压力主动土压力主动土压力主动土压力(砂土类，砂土类，砂土类，砂土类，C=0C=0C=0C=0)作用于支护结构单位长度上的总主动土压力作用于支护结构单位长度上的总主动土压力作用于支护结构单位长度上的总主动土压力作用于支护结构单位长度上的总主动土压力E Ea a为：为：为：为：K Ka a主动土压力系数主动土压力系数主动土压力系数主动土压力系数E Ea a的作用点应在支护结构高的的作用点应在支护结构高的的作用点应在支护结构高的的作用点应在支护结构高的1 1/3 3处，处，处，处，水平方向。水平方向。水平方向。水平方向。移动方向移动方向移动方向移动方向(离开土体离开土体离开土体离开土体)主动土压力计算zhEah/312对于无粘性土，且土体表面无荷载的情况对于无粘性土，且土体表面无荷载的情况对于无粘性土，且土体表面无荷载的情况对于无粘性土，且土体表面无荷载的情况13对于无粘性土，且土体表面有荷载的情况对于无粘性土，且土体表面有荷载的情况对于无粘性土，且土体表面有荷载的情况对于无粘性土，且土体表面有荷载的情况14被动土压力强度被动土压力强度被动土压力强度被动土压力强度A A点：点：点：点：B B点点点点：单位长度上的总主动土压力为单位长度上的总主动土压力为单位长度上的总主动土压力为单位长度上的总主动土压力为合力点位于形心处，水平向左合力点位于形心处，水平向左合力点位于形心处，水平向左合力点位于形心处，水平向左hABEpF15被动土压力被动土压力被动土压力被动土压力(砂土类，砂土类，砂土类，砂土类，C=0C=0C=0C=0)作用于支护结构单位长度上的总被动土压力作用于支护结构单位长度上的总被动土压力作用于支护结构单位长度上的总被动土压力作用于支护结构单位长度上的总被动土压力E Ep p为：为：为：为：K Kp p被动土压力系数，被动土压力系数，被动土压力系数，被动土压力系数，K Ka aK主动侧土压力合力对支护结构底端的力矩。要求钢板桩的抗倾覆力矩安全系数为2，可求得此时的入土深度。311.悬臂式支护结构实际入土深度取计算入土深度的1.15倍。剪力为0点为最大弯矩所在位置，故需要求得Q=0的位置。按求矩的方法计算剪力为0处的弯矩，即可对钢板桩的强度进行验算。3233342.单撑（锚）式支护结构方法1：按上端简支、下端自由支承，相当于单跨简支梁。（入土浅或嵌固土体特别软弱，静力平衡法）352.单撑（锚）式支护结构方法1：按上端简支、下端自由支承，相当于单跨简支梁。36按力矩为0求得的最小入土深度计算支点反力：按最小入土深度计算支点反力：计算剪力为0的位置：计算最大弯矩：372.单撑（锚）式支护结构方法2：按上端简支、下端固定支承，等值梁法计算。基本原理：ab为一梁，一端简支，另一端固定，正负弯矩在c点转折，如在c点切断ab梁，并在c点置放一铰支点形成ac梁，则ac梁上的弯矩值不变，此ac梁即为ab梁上ac段的等值梁。计算钢板桩时，为简化计算，用土压力等于零的位置代替正负弯矩转折点的位置。38钢板桩计算模型39土压力为零点位置：K为被动土压力修正系数2.单撑（锚）式支护结构方法2：按上端简支、下端固定支承，等值梁法计算。40由于等值梁将下端视为固定支承，则认为P0与cb段被动土压力产生的力矩相等。按简支梁计算等值梁（ac梁）的最大弯矩Mmax和支点反力Ra和P0最小入土深度：2.单撑（锚）式支护结构方法2：按上端简支、下端固定支承，等值梁法计算。41实际入土深度：一般取1.1，当板桩后为填土时取1.2，等值梁法计算结果偏于安全。3.多撑（锚）式支护结构应逐层计算基坑开挖过程中每层支撑设置前围护结构的内力，达到最终挖土深度后，应验算支护结构的抗倾覆稳定性（入土深度）。当基坑回筑过程需要拆除或替换支撑时，应计算相应状态下支护结构的稳定性和内力。其特点是计算选取的工况多。423.多撑（锚）式支护结构初步设计内支撑层数方法1：钢板桩等弯矩布置。43根据悬臂梁计算桩顶的最大允许跨度h：下部各层支撑跨度计算时，将板桩视为连续梁，每跨两端视为固定，可按两端固定梁求出各支点最大弯矩都等于桩顶最大弯矩时的各跨跨度。443.多撑（锚）式支护结构初步设计内支撑层数方法2：钢板桩等反力布置。45以压力为零点作为计算长度，顶部支撑压力0.15P，其余为P，第一跨的跨度根据钢板桩的强度来计算，根据等反力布置尺寸计算反力大小，从而选择内撑形式。两种布置初步设计均为理想状态，实际布置方式往往会有所差异，可根据初步分析和实际状态确定层数和间距，再按照下述方法验算钢板桩和内支撑。463.多撑（锚）式支护结构实际设计计算方法1：等值梁法（等同于单撑计算方法）。47（1）计算土压力，绘制土压力分布图。（2）计算每一工况下土压力强度等于0的位置F。（3）按多跨连续梁AF计算各支点反力和跨中弯矩，根据最大弯矩验算钢板桩截面，根据支点反力验算内支撑。（4）根据支点F与墙前被动土压力对桩底力矩平衡的原理，求得下部最小嵌固深度x。（5）入土深度t=（1.11.2）*（x+y）483.多撑（锚）式支护结构实际设计计算方法2：静力平衡法（求剪力0点和弯矩最大点）。49第一层支撑后力平衡：第K层支撑后力平衡：第K层支撑后入土深度（对k层支撑位置求矩）：入土深度（k根据基坑等级选取，1.4、1.3、1.2）：50支护结构计算-钢板桩与内撑在计算入土深度的过程中，通过对钢板桩计算模型的简化，可以求出钢板桩每延米上的内力和内支撑的反力。通过计算的内力和反力验算二者。钢板桩视为梁：根据内撑的形式施加线荷载，计算围檩和内撑的内力和变形。51支护结构计算-锚杆锚杆（钢绞线或精轧螺纹钢）截面：锚杆预应力筋的截面面积按下式确定：52A为锚杆截面面积其余各参数分别代表锚杆设计张拉力、抗力分项系数（1.8、1.6、1.4）和钢筋（钢绞线）的强度设计标准值。支护结构计算-锚杆锚杆锚固长