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钢板桩基坑防护设计计算实例

目录一、基本资料 (1)二、计算过程 (1)1、围挡入土深度的计算 (1)2、支撑T的计算 (2)3、板桩的最大弯矩的计算 (2)三、方案比选 (2)1、钢管桩方案 (2)2、钢板桩方案 (2)2.2支撑的选择 (3)四、施工方案 (4)1、钢板桩施工的一般要求 (4)2、钢板桩围挡基坑施工顺序 (4)3、钢板桩的检验、吊装、堆放 (4)3.1钢板桩的检验 (4)3.2钢板桩吊运 (4)3.3钢板桩堆放 (4)4、导架的安装 (5)5、钢板桩施打 (5)6、钢板桩的拔除 (6)6.1拔桩方法 (6)6.2钢板桩土孔处理 (7)五、其它保障措施 (7)一、基本资料连续梁结构为40-64-40。

连续梁基础为10-1.5米钻孔灌注桩基础,承台尺寸为14×10.5×3.5米。

基坑基底标高为63.529,原地面标高为69.21,拟采用有挡开挖。

待开挖基坑为粉质粘土,取土的容重3/KN 19m=γ,20=φ,c=12KPa ,因为桥位处地下水变动比较大,计算不考虑土的饱和容重、浮容重和地下水的静水压力,而通过取安全系数K=2来保证围挡结构安全。

考虑到基坑作业,围挡结构平面尺寸拟定为17×13米。

按照围挡结构安全,施工方便的原则,拟定围挡结构的支撑体系为单撑。

按照板桩下端为自由支撑建立计算模型。

二、计算过程1、围挡入土深度的计算假定板桩入土深度为t ,被动土压力 安全系数为K ,计算模型如右图示: 当20=φ,朗金土压力系数:m=0.7,㎡=0.49,m1=1.428,2m1=2.04则:)6()53.1966.4()(]2)[21E 2At t t h cm m t h +⨯+=+⨯-+=(γkt t t mcmt KE p/)14.1738.19()1219(21212+=⨯+⨯⨯= (式一)在钢板桩支点T 处,∑M=0,得:)325.1(]5.1)(32[t h KE t h E pA +-=-+ (式二)将式一代入式二,当K=1.6,t=5米。

板桩计算图示2、支撑T 的计算由平衡条件∑=0H ,得:aKE ET pA⨯-=)(=115KN3、板桩的最大弯矩的计算设板桩的最大弯矩截面在基坑底L 处,则该截面的剪力应等于零,即 (4.66L+19.53)×(6+L)=(19.38L+17.14)×L/K+115L ≈0可求得每延米板桩墙的最大弯矩:=maxMT ×4.5-26)2619(212⨯⨯-⨯⨯cm m=283KN ·m则每延米要求支挡结构的抗弯截面系数为: 31665][cmMWmzx==σ三、方案比选 1、钢管桩方案钢管桩选用Ф377×8mm 的,d=361mm ,958.0==Dd α,惯性矩)1(6444απ-=DI=1563840444mm ,抗弯截面系数2/D I W ==8296233mm每根钢管桩承受弯矩为:WM⨯=][][σ=141 KN ·m因此,每延米保证有2根可以满足使用要求。

2、钢板桩方案对于钢板桩选用德国拉森型的可以选用拉森Ⅲ型的,每延米断面模量为13633cm拉森型钢板桩材质为SY295的,承受的抗弯强度为395 KN ·m ,可以通过。

另外考虑到基坑在洪河边,选用12米的板桩,防水渗入。

2.1围囹的选择钢板桩在顶部向下1.5米位置加一道围囹,围囹采用40a 型工字钢,2根并列,根据前面计算可知,围囹在2支点之间承受均布荷载,荷载强度为115KN/m ,返算围囹的支撑间距:102ql M =,要求=⇒≤l MPa 170σ5.7m ,基坑加固型式如下图:2.2支撑的选择中间的支撑选用Ф293型圆管。

支撑计算如下:取最不利状况,钢管支撑承受的轴向力为5.6×115KN=644KN 。

WP A P cr cr mxxδσ+=其中:cr P —为中心受压直杆的临界力22)(l EIP cr μπ=长度系数取1,则对于Ф293×10圆管,crP =2427.118881210cmGPa⨯⨯π=1344KNδ—为撑杆在自重作用下的挠度值EIN EIql3847.116985384544⨯⨯==δ=10㎜W —钢管撑的抗弯截面系数6063cm代入上式,求的3max606164400889.0644cmcm ⨯+=σ=83MPa []σ〈因此符合要求。

四、施工方案1、钢板桩施工的一般要求(1)钢板桩的设置位置要符合设计要求,便于方承台基础施工,即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。

(2)基坑护壁钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐,避免不规则的转角,以便标准钢板桩的利用和支撑设置。

各周边尺寸尽量符合板桩模数。

(3)整个基础施工期间,在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中,严禁碰撞支撑,禁止任意拆除支撑,禁止在支撑上任意切割、电焊,也不应在支撑上搁置重物。

2、钢板桩围挡基坑施工顺序板桩方案选择→场地平整→钢板桩位置的定位放线→板桩检查→施打钢板桩→挖沟槽至围囹位置→安装围囹、支撑→继续开挖至承台设计标高→正常干地承台施工→拆除承台模板→回填土→拆除支撑、围囹→拔除钢板桩 3、钢板桩的检验、吊装、堆放 3.1钢板桩的检验对钢板桩,一般有材质检验和外观检验,以便对不合要求的钢板桩进行矫正,以减少打桩过程中的困难。

(1)外观检验:包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。

检查中要注意:a )对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除;b )割孔、断面缺损的应予以补强;c )若钢板桩有严重锈蚀,应测量其实际断面厚度。

原则上要对全部钢板桩进行外观检查。

3.2钢板桩吊运装卸钢板桩宜采用两点吊。

吊运时,每次起吊的钢板桩根数不宜过多,并应注意保护锁口免受损伤。

吊运方式有成捆起吊和单根起吊。

成捆起吊通常采用钢索捆扎,而单根吊运常用专用的吊具。

3.3钢板桩堆放钢板桩堆放的地点,要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上,并便于运往打桩施工现场。

堆放时应注意:钢板桩应分层堆放,每层堆放数量一般不超过5根,各层间要垫枕木,垫木间距一般为3-4米,且上、下层垫木应在同一垂直线上,堆放的总高度不宜超过2米。

4、导架的安装在钢板桩施工中,为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直,控制桩的打入精度,防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力,一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架,亦称“施工围檩”。

导架采用单层双面形式,通常由导梁和围檩桩等组成,围檩桩的间距一般为2.5~3.5米,双面围擦之间的间距不宜过大,一般略比板桩墙厚度大8~15mm。

5、钢板桩施打拉森钢板桩施工关系到施工止水和安全,是本工程施工最关键的工序之一,在施工中要注意以下施工有关要求:(1)采用Ⅲ型12米长密扣拉森钢板桩。

拉森钢板桩采用履带式挖土机(带震动锤机)施打,施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况,认真放出准确的支护桩中线。

(2)打桩前,对钢板桩逐根检查,剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩,不合格者待修整后才可使用。

(3)打桩前,在钢板桩的锁口内涂油脂,以方便打入拔出。

(4)在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%,当偏斜过大不能用拉齐方法调正时,拔起重打。

(5)钢板桩施打采用屏风式打入法施工。

屏风式打入法不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸,打入精度高,易于实现封闭合拢。

施工时,将10-20根钢板桩成排插入导架内,使它呈屏风状,然后再施打。

通常将屏风墙两端的一组钢板桩打至设计标高或一定深度,并严格控制垂直度,用电焊固定在围檩上,然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入。

屏风式打入法的施工顺序有正向顺序、逆向顺序、往复顺序、中分顺序、中和顺序和复合顺序。

施打顺序对板桩垂直度、位移、轴线方向的伸缩、板桩墙的凹凸及打桩效率有直接影响。

因此,施打顺序是板桩施工工艺的关键之一。

其选择原则是:当屏风墙两端已打设的板桩呈逆向倾斜时,应采用正向顺序施打;反之,用逆向顺序施打;当屏风墙两端板桩保持垂直状况时,可采用往复顺序施打;当板桩墙长度很长时,可用复合顺序施打。

总之,施工中应根据具体情况变化施打顺序,采用一种或多种施打顺序,逐步将板桩打至设计标高,一次打入的深度一般为0.5-3.0米。

钢板桩施工允许偏差(6)密扣且保证开挖后入土不小于2米,保证钢板桩顺利合拢;特别是工作基坑的四个角要使用转角钢板桩,若没有此类钢板桩,则用旧轮胎或烂布塞缝等辅助措施密封。

(7)打入桩后,及时进行桩体的闭水性检查,对漏水处进行焊接修补,每天派专人进行检查桩体。

6、钢板桩的拔除基坑回填后,要拔除钢板桩,以便重复使用。

拔除钢板桩前,应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间及土孔处理。

否则,由于拔桩的振动影响,以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移,会给己施工的地下结构带来危害,并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。

设法减少拔桩带土十分重要,目前主要采用灌水、灌砂措施。

6.1拔桩方法本工程拔桩采用振动锤拔桩:利用振动锤产生的强迫振动,扰动土质,破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力,依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

6.2拔桩时应注意事项(1)拔桩起点和顺序:对封闭式钢板桩墙,拔桩起点应离开角桩5根以上。

可根据沉桩时的情况确定拔桩起点,必要时也可用跳拔的方法。

拔桩的顺序最好与打桩时相反。

(2)振打与振拔:拔桩时,可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附,然后边振边拔。

对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100-300mm,再与振动锤交替振打、振拔。

有时,为及时回填拔桩后的土孔,当把板桩拔至比基础底板略高时暂停引拔,用振动锤振动几分钟,尽量让土孔填实一部分。

(3)起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷,起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。

(4)供振动锤使用的电源为振动锤本身额定功率的1.2-2.0倍。

(5)对引拔阻力较大的钢板桩,采用间歇振动的方法,每次振动15min,振动锤连续不超过1.5h。

6.2钢板桩土孔处理对拔桩后留下的桩孔,必须及时回填处理。

为了最大限度的减小对洪河防洪堤的影响,回填土要分层夯实处理。

五、其它保障措施1、在钢板桩施工前,场地平整时可以适量降低原地面标高,以起到卸载作用。

2、钢板桩施工时间为5月底6月初,此时已处在洪河汛期的前期,为了预防洪水的影响,采取如下措施:(1)现场准备袋装粘土,水位涨至钢板桩顶时用袋装粘土价高板桩高度。

(2)如果洪水来势较大,超出安全水位,可以讲板桩围堰内注满水,以保证安全度汛。

(3)汛期过后,板桩围堰内的积水排除时速度不可过快,保证板桩均匀受力。

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