钢板桩受力计算
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钢板桩受力计算
一、基坑尺寸及其水位情况
根据施工及设计要求,基坑尺寸设计为:26.2m×14.2m,水池顶面标高+0.2m,基坑底面标高为:-4.6m(局部较深位于基坑中间部位,对支护影响较小)地下水位-0.5m。
二、钢板桩围堰设计
我部计划在基坑开挖中选用长度为12mIV型拉森钢板桩。
围壈材料选用H300型钢(300*300*10*15),支撑选用300*16圆钢管。
围堰尺寸定为:26.2m×14.2m。
H300型钢(300*300*10*15)截面参数
Ix=19932.75cm4 Iy=6752.25cm4
Wx=1328.85cm3 ix=13.05cm
iy=7.59cm 截面积A=117cm2
300*16圆钢管截面参数
Ix=14438.136cm4 ix=10.056cm
截面积A=142.754cm2
IV钢板桩截面参数:
A=236cm2, Ix=39600cm4, Wx=2200cm3
三、设计计算
1、土层物理力学指标:
根据本工程岩土勘察报告,可采用消防水池附近处B2点勘测成果,平均重度为17.8KN/m3,平均内摩擦角为15。
平均粘聚力15.9KPa。
开挖深度按4.6m考虑。
2、整体稳定性分析
因本工程设置了支撑,故未进行整体性验算。
3、钢板桩入土深度验算及板桩选择
按单锚浅埋板桩计算假定上端为简支,下端为自由支撑,这种板桩相当于单跨简支梁,作用在钢板桩上位为被动土压力,压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响。
平均重度均为:17.8KN/M3,平均内摩擦角为15。
开挖深度H=4.6m。
坑沿活载根据经验按照11KN考虑。
本工程根据《公路施工手册-桥涵》,水文地质为第二种情况,内摩擦角取δ=15。
,单撑——形式(二),坑沿活载11KN/m2。
查图2-2-53,曲线2-2计算如下:
⑴固定荷载:
h=1.1*H=1.1*4.6=5.06m
M=0.2*H3 =194.7KN.m
R=0.35*H2=50.8KN
⑵活荷载:(活荷载取值11KN/m2,相当于图列活荷载34KN/m2的32%)
32%Δh=1.1*0.32=0.352m
32%ΔM=(0.8*H+0.9*H2)*0.32=72.7KN.m
32%ΔR=(0.65+1.7H)*0.32=27.1KN
⑶固+活
h+32%Δh=5.4m(所需最小入土深度)
M+32%ΔM=266.9KN.m
R+32%ΔR=77.9KN
⑷板桩选择(钢板桩是IV号钢,常用容许弯曲应力为
1800kg/cm2
W=(M+32%ΔM)/【δ】=26690000/(18000*1.5)=988.5cm3 即:选择12m长,本工程采用拉森IV钢板桩(W=2200cm3)可满足要求。
对钢板桩入土深度计算进行复核
以不产生管涌为控制条件计算钢板桩长度。
不产生管涌的安全条件为:K*i*rw≤rb。
式中K为安全系数取2。
水容重取rw=10KN/m3
rb=17.8-10=7.8KN/m3
水力梯度i=h1/(h1+2x)(x为入土深度)
计算:K*I*rw≤rb
2*4.1*10/(4.1+2X) ≤7.8
得x≥3.21m,不会发生管涌
结论:方案中埋深为6.5m>3.21m,满足要求。
4、支撑系统:
(1)围檩验算
根据施工具体情况,支撑及围檩安装在标高+0.7m处。
围檩选用H300型钢,W=1328.85cm3
围檩边梁弯矩:Mmax=RL2 /8=77.9*4.62/8=206KN.m
则边梁所需截面矩W>M/180=1144.4cm3,选用H300型钢(W=1328.85cm3)可满足结构受力。
(2)支撑杆验算
支撑选用300*16圆钢管,支撑在围堰短方向上,与围檩满焊连接,支撑间距按照5m考虑。
钢管回转半径i=100.56mm,截面积A=142.75cm2,
基坑开挖宽度l=14.2m
钢管长细比:
λ=L/i=14200/100.56=141.21<【λ】=150 ,满足要求
钢管强度验算:
按照支撑点两边长度的一半范围所受压力作为该支撑所受压
力。
支撑轴力:Nmax=q*l=77.9*5=389.5KN
f=Nmax/A=389.5*103/(142.75*102)=27.29 N/mm2<fy=215 N/mm2 满足要求。
5、钢板桩强度验算
抗弯强度验算:M/Υ*Wx≤f
f为钢板桩抗拉强度设计值,Q235钢材取f=215 N/mm2
Υ为截面塑性发展系数,查表Υ取1.0
沿钢板桩外侧均布荷载取11KN/m2
悬臂端强度验算
M=q1=77.9*4.6=358.34KN.m
即:M/Υ*Wx =358.34*103/2200=162.88 N/mm2≤215 N/mm2
综上所述,选用12m拉森IV型钢板桩,围檩采用H300型钢(H300*300*10*15),支撑选用300*16圆钢管可满足受力要求,(其中最小入土深度5.4m,支撑间距可按照5m布置)。