宁波市轨道交通1号线二期工程1214标12m钢板桩深基坑计算书
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中铁大桥局宁波市轨道交通1号线二期工程1214标项目部
工程技术部
二〇一三年三月
目录
第一章计算依据及说明 (1)
第二章工程地质及相关参数 (1)
第三章钢板桩及围檩验算 (3)
第一章计算依据及说明
1.1计算依据
1、《钢结构设计规范》GB 50017-2003
2、《软土地区工程地质勘察规范》JGJ 83-91
3、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
4、《铁路桥涵设计基本规范》TB 10002.1-99
5、中铁大桥勘测设计院有限公司提供的《宁波市轨道交通1号线二期工程施工图设计》
6、浙江省工程勘察院提供的《岩土工程勘察报告》
7、参考文献：
刘建航侯学渊《基坑工程设计手册》中国建筑工业出版社
李克钏，罗书学.基础工程.北京：中国铁道出版社
1.2计算说明
该标段内承台开挖直接涉及到杂填土，粘土，淤泥质粘土。
基坑底面主要位于淤泥质粘土中。
表层填土结构松散，富水性和透水性较好；粘土强度略高，土层渗透性较差；下部的灰色淤泥质粘土天然含水量大，透水性弱，抗剪强度很低，土层开挖后稳定性差。
由地质情况及场地环境条件可见，基坑需采取支护措施。
标段内承台开挖深度最大为6.5m，G21#墩土质较差，开挖深度为6.5m，施工难度较大，为最不利受力条件，本计算书以G21#墩为计算模型。
第二章工程地质及相关参数
2.1工程地质及相关参数
基坑所处土层为淤泥质粉质粘土，相关参数如下：γ= 17.6KN/m3，c=15.0KPa，φ=8.9ο。
根据现场地形复测及下部结构施工蓝图，以G21墩为例进行基坑开挖深度在6.5m内的钢板桩围堰计算，G21墩承台尺寸为12m*12m*3m，基坑开挖深度h=6.5m，钢板桩长度H=12m。
第一道内支撑距钢板桩顶面距离为0.5m，第二道内支撑距钢板桩顶面距离为3m。
钢板桩采用拉森钢板桩，钢板桩采用有效幅宽W=400mm，有效高度170mm，t=15.5mm，壁宽每m：A=242.5cm2，Wx=2270cm3，Ix=38600cm4，
圈梁采用H400×400×13×21型钢，相关参数为：A=214.54cm2，W x=3268.07cm3，I x=65361.58m4，i x=17.45cm，[σ]=200MPa；
内支撑采用［32a，相关参数为：A=48.7cm2，W x=474.879cm3，I x=7598.06cm4，i x=12.49cm，W y=46.473cm3，I y=304.789cm4，i y=2.502cm，I y1=552.31cm4，[σ]=200MPa；
)，
由于K a=tan2(45ο−φ
2
)，所以K p=1.36。
所以K a=0.732；K p=tan2(45ο+φ
2
2.2示意图
钢板桩受力示意图
土压力示意图
第三章钢板桩及围檩验算
3.1钢板桩验算
取单位宽度计算
qK a=5×0.732=3.66KPa，
γh K a=17.6×6.5×0.732=83.74KN/m，
2c√K a=2×15.0×√0.732=25.67KN/m，
2c√K p=2×15.0×√1.36=34.9KN/m，
=1.188，γKK p H=17.6×1.188×1.36×12= K=1.2−0.3
25
338.93KN/m
根据等值梁计算法，可近似的认为土压力为零的点即为弯矩为零的位置。
设距离基坑开挖底面向下y处土压力为零
即2c√K P+γKK p y=qK a+γK a(h+y)−2c√K a
=1.73m。
所以，距离钢板桩由此可得y=γK a h−2c√K a+qK a−2c√K p
γKK P−γK a
顶部8.23m处弯矩为零。
因此，我们可以建立如下的力学模型：
该模型为两跨连续梁，为超静定结构。
通过SM SOLVER计算软件可求得该结构的弯矩图如下（单位：KN·m）：
剪力图如下（单位：KN）：
由此可得钢板桩Mmax=47.79KNm，Qmax=57.01KN,
σmax=M max
W y =47.79×103
2270×10−6
=20.6MPa<[σ]，
钢板桩满足要求，内圈梁1荷载为R1=11.74KN/m，内圈梁2荷载为R2=82.67KN/m，P0=23.62KN,
x=√
6Po
γ(KKp−Ka)+2c√Kp
=1.7m
t0=x+y=1.7+1.73=3.43m,1.2t0=4.12m＜t=5.5m，则钢板桩长度12m满足要求。
3.2围檩验算
3.2.1第一道围檩验算
第一道围檩为三跨连续梁，采用H400*400型钢，所受均布荷载为q=11.74KN/m，计算模型如下：
由SM SOLVER计算软件可得其弯矩图为：
剪力图为：
所以Mmax=58.57KN·m，Qmax=49.31KN,R0=86.66KN
σmax=M max
W x
=
58.57×103
3268×10−6
=17.4MPa<[σ]τmax=
Q max S
It
=1.2MPa<[τ]
所以，满足要求。
内支撑采用槽钢2［32a, 计算长度L=4m，轴向力N=122.54KN i=√I
=7.0cm，λ=L/i=57，φ=0.822，则
A
内支撑轴向正应力:
=15.3MPa<[τ]，内支撑满足σmax=N/ΦA=122.54×103
0.822×48.7×2×10−4
要求。
3.2.2第二道围檩验算
第二道圈梁为五跨连续梁，所受均布荷载为82.67 KN/m，圈梁采用H400×400，计算模型如下：
由SM SOLVER计算软件可得其弯矩图为：
剪力图为下图所示：
由此可得，Mmax=68.22KN·m，Qmax=140.1KN
σmax=M max
W x
=
68.22×103
3268×10−6
=20.9MPa<[σ]τmax=
Q max S
It
=3.5MPa<[τ]
所以符合要求。
R0＇、R0＂内支撑分别采用槽钢2［32a,
以R2进行计算，计算长度L=8m，轴向力N=261.93KN
i=√I
A
=7.0cm，λ=L/i=114，φ=0.465，则
内支撑轴向正应力
σmax=N/ΦA=261.93×103
0.465×48.7×2×10−4
=57.8MPa<[τ]
3.3钢板桩稳定性验算
3.3.1抗隆起计算
K=γDN q+cN c γ(H+D)+q
其中，D为入土深度，H为基坑开挖深度，q为地面超载，Nq、Nc为地基极限承载力的计算系数。
N q=tan2(45°+φ
2)eπtanφ=2.4，N c=（N q−1）1
tanφ
=
8.2
中铁大桥局宁波市轨道交通1号线二期工程TJ1214标
所以K=1.64>1.2，故基坑不会发生隆起。
3.3.2抗管涌计算
对于临河墩位钢板桩施工，钢板桩围堰临河侧水深按照2m计算，水位顶面标高低于围堰顶1m，水面以下土质有地下水，γ=17.6KN/m3, γ’=7.6 KN/m3，
取K=1.5，h=6.5-1=5.5m，h’=6.5-1-2=3.5m，
’=3.36m＜6m
则t=Khγw−γ’h’
2γ
因此不会发生管涌现象。