桂林市西二环路道路建设工程排水管道
深基坑开挖施工方案计算书
一、工程概况
桂林市西二环路二合同段污水管道工程的起点K12＋655，终点K17＋748，埋设管道为聚氯乙烯双壁波纹管（Ф500）和钢筋砼管（Ф800），基础采用粗砂垫层，基础至管顶上50cm范围为粗砂回填，其上为级配碎石回填至路床；起点管道底部标高为150.277m，管道平均埋深为5.2米左右，最深为7.8米，地下水位较高，其中有局部里程段3.5m厚土层以下是流沙层，开挖时垮塌较严重，为防止开挖时坍塌事故发生，特制定该方案，施工范围为K12+655～K14+724段左侧污水管。
本段施工段地质为松散耕土、粉质粘土，地下水位高，遇水容易形成流砂。
二、方案计算依据
1、《桂林市西二环路道路建设工程（二期）施工图设计第三册（修改版-B）》（桂林市市政综合设计院）。
2、《市政排水管道工程及附属设施》（06MS201）。
3、《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》（CECS164:2004）。
4、《钢结构施工计算手册》（中国建筑工业出版社）。
5、《简明施工计算手册》（中国建筑工业出版社）。
三、施工方案简述
1、钢板桩支护布置
钢板桩采用拉森ISP-Ⅳ型钢板桩，其长度为12米/根，每个施工段50m需260根钢板桩。根据施工段一般稳定水位154.0m和目前水位情况，取施工水位为154.00m。根据管沟开挖深度（4.7m），钢板桩支护设置1道型钢圈梁和支撑。以K14+100左侧排污管道钢板桩支护为例，桩顶标高为157.83m，桩底标高为148.83m，依次穿越松散耕土→粉质粘土层。
2、钢板桩结构尺寸及截面参数
拉森ISP-Ⅳ型钢板桩计算参数如下表所示：
四、计算假设
1、根据设计图纸中地勘资料提供的土层描述，本计算中土层参数按经验取值如下（K14+100钢板桩支护处）：
则计算取值：γ=18 KN/m 3 ，φ=150 ，c=10 KPa 。 2、支护计算水位按154.00m 考虑。
3、计算时按照支护周边均为土体进行计算，不考虑空隙水压力及土体浮容重,同时不扣减由土体粘聚力与钢板桩之间产生的摩擦力。
五、钢板桩围堰计算 1、内力计算
本工程土压力计算采用钢板桩全部承受的主动土压力视为有效主动土压力。以地面标高157.330m 为基准，计算各高度点的有效土压力。地面超载按照30t 考虑，换算后为5KN/m 2，换算为土高度h 0=q/γ5/18=0.28m 。
1.1主动、被动土压力系数
767.0,589.0)2
15
45(2==-
=Ka tg Ka
303.1,698.1)2
15
45(2==+
=Kp tg Kp 1.2有效主动土压力计算（受力分布图如下） 按照各工况（一道支撑）进行受力计算，具体如下：
A 、在标高157.33m 位置时的土压力强度（地面处）
22/97.2)2
15
45(28.0181m KN tg P =-
?= B 、在标高156.33m 位置时的土压力强度（支撑处）
22/17.24)2
15
45()228.0(182m KN tg P =-
+?= C 、在标高152.63m 位置时的土压力强度（基底部）
22/80.52)2
15
45()7.428.0(183m KN tg P =-
+?=
1.3支撑层数及间距
按照等弯矩布置确定各层支撑的间距，则拉森ISP-Ⅳ型钢板桩顶部悬臂端的最大允许
跨度为：m cm Ka W h 85.29.284589
.010181020432006][633
5
3==?????==γδ m h 85.20=
m h 16.385.211.11=?=
施工时考虑放管空间位置，确定采用布置一层支撑，即从自然地面下2m 设置Ⅰ20a 工字钢围檩，加Ф203钢管横撑；自钢板桩顶下为1道围囹支撑。
1.4施工工况下围檩计算 围檩受力（采用近似法计算）
公式：Rn 处土压力q n =(P n +P n-1)/2×h 1/2+(P n +P n+1)/2×h 2/2，则计算如下：
m KN q /78.132
0.228.0217.241=+?=
开挖到基底标高时土压力最大，为最不利工况，土压力均布荷载为13.78KN/m ，则
此时钢板桩所受的最大弯矩为m KN l q M ?=??=??=503.15378.13125.0125.0221max ，拉
森ISP-Ⅳ型钢板桩抗弯截面模量为32043cm ,则钢板桩所受最大弯曲应力为：
Mpa Mpa W M 20059.72043000
10503.15m ax 6
＜=?==σ，完全满足要求。
1.5钢板桩最小入土深度计算
入土深度控制是钢板桩设计计算的关键，本方案为验证相关计算规则的合理性及准确性，采用两种计算方法进行验算后对照复核。
采用盾恩近似法计算
如上简化后土压力分布图，假定作用在板桩EG ｀段上的荷载EHJ \G \一半传至E 点上，另一半由坑底土压力FG \R \承受，由几何平衡关系可得入土深度计算公式：
24)(2
1
)(21x Ka Kp x h KaH -=+γγ 即0)(42=---KaHh KaHx x Ka Kp ,代入相关数据计算可得：
m x x x 12.4,0474.777.2109.12==--求解得,即钢板桩在基底以下入土深度大于4.12m 时
就能满足要求。
综合以上两种计算方法结果，为安全起见,取验算最大值4.12m 并考虑1.5倍安全系数，则X=4.12×1.5=6.18m,本施工方案采用12m 长钢板桩，桩顶标高为157.83m,基底标高为152.63m,入土深度=12-(157.83-152.63)=6.8m>6.18m,完全满足要求。
2、内支撑受力检算
3.1内支撑及围檩设计如前图所示,选择荷载最大的围檩位置进行验算,该处土压力q=2
4.17KN/m ，取跨度最大的两跨不等距连续梁检算，按照方案设计围檩选择I20a ，工字钢[]MPa f cm W 200,1783==，取系数η=0.125，则在静载时：
m KN M ?=??=025.227.217.24125.02max
[]MPa f MPa 20087.612
17810025.229
==??=＜δ，故围檩抗弯强度满足要求。
3.2内支撑设计
围檩处内支撑采用φ203mm 钢管，钢管壁厚10mm,mm D 203=, mm d 183=,
96.214
1832034
2
22
2=+=+=
d D i ,
22
2222.6060418320314.34mm d D A =-?=-?=π,
34
44481.278746203
3218320314.332mm D d D W =?-?=-?=π
根据长细比149.18296
.214000===i l λ，
查《钢结构设计规范》附表得稳定系数216.0=φ。 自重弯矩：m KN ql M ?=?==932.08
4466.0822max
[]MPa f MPa W M A N 2009.18881
.27874610932.02.6060216.0109.2426
3max ==?+??=+=＜φδ，满足要求。
经过上述计算，本方案钢板桩支护设计检算是符合要求的，安全性能可靠。