1、和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算0S014 桩基基坑拉森桩围护设计及稳定性验算根据中铁十二局工程部提供的相关数据及地质情况，将主线桥、匝道基坑选 HC12（27.5m5.5m11m） 、S014（24m8.4m15.3m）基坑进行拉森桩稳定性、抗弯性验算，计算结果表明该工程采用长度为 12m、18m 的拉森桩作为围护桩，能够满足工程需要及各项技术、安全指标，符合规范要求。一、工程地质情况本标段场区地形总的呈北低南高的特征，地面标高一般在20.2629.82m。戴家湖为人工围成的粉煤灰堆积湖，湖底有积水。地表水主要为沟渠、湖内地表水、青山热电厂冲填粉煤灰循环水，主要受大气降水补给；部分场区
2、受长江水位影响，季节性变化较大。场地内的地下水，主要为上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水。地下水、地表水对砼无腐蚀性。场地内地表覆盖主要是杂填土及粉煤灰，其下主要由第四系全新统冲湖积亚粘土，上更新统冲洪积亚粘土、上更新统残破积亚粘土夹碎石，下第三系白垩钙质砾岩等，下伏基岩主要是三叠系白云岩、二叠系砂岩、石炭系白云岩、泥盆系石英砂岩及志留系泥质页岩。戴家湖地段表层为冲填粉煤灰层，沉积时间短、结构疏松；施工中我方在表层回填建筑垃圾高于水面 1 米左右，进行桩基施工。二、施工方法及施工流程1、拟采用 Z550 型液压振动沉桩机，作为沉设 4#拉森桩主要动力，将长度为 12 米、18 米的拉森桩沉设至指
3、定标高，开挖后桩入土深度约为 6 米，并采用 40#H 型钢周边制作钢围令，内支撑采用 60912 的直撑钢管（见附图） 。和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算12、根据施工图及高程放设沉桩定位线根据定位线控设沉桩导向槽整修平整施工机械行走道路沉设围护桩将围护桩送至指定标高焊接 H 型钢围令制作支撑实施土方开挖。三、安全技术措施1、为提高深基坑围护的安全可靠性对拉森桩的入土深度，进行理论数据的计算，并对围护桩的强度及稳定性进行验证，确保深基坑施工的可靠性。2、沉设围护桩的施工中，严格按照沉桩规范施工，基坑四角必需采用角桩，最大程度的提高小齿口拉森桩防漏性能，保证下道工序顺利进行。3、采用 4
4、0#H 型钢实施围护桩，周边围令加固，并根据具体情况增设对角斜撑距离及数量，实现拉森桩围护各项技术参数达到规范要求。4、严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工，开挖坑土堆放至10m15m（1 倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对围护桩的侧压力，增强围护的安全系数，即时对坑内积水进行抽排。在对基层实施挖土时，挖土机械严格按照规范操作，最大程度的减小挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，对围护桩的破坏，确保基坑安全。5、建立严格的工序交接程序，制定科学、严谨、可行的施工计划，最大程度的调动施工群体的主观能动性，坚持以人为本，安全第一的原则，加强协作意识，高度重视施工质量，如期完成施工任务
5、。四、钢板桩设计与施工1、支撑式钢板桩挡土墙的构造本工程采用内撑钢板桩挡土墙结构。其主要由钢板桩、支撑二部分组成，钢板桩起承受水平土压力防止土体沿滑动面滑动以及阻隔地下水的作用。它的稳定主要靠钢支撑使钢板桩保持垂直、稳定，并确保两侧土体不向基坑内发生和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算2位移，钢板桩应插入土体一定深度，防止土体滑动和基坑向上隆起。支撑式钢板桩支挡结构简单且便于施工，整个支挡系统均在基坑开挖过程中完成，作业（包括支撑和挖土）十分安全，施工质量容易保证，且较经济。2、钢板桩设计其钢板桩和内钢支撑布置示意图（如附图二所示）：本工程钢板桩采用型拉森钢板桩，长度为 12m,宽度 400
6、mm。 （即每 2.5块 1m） 。钢板桩水平围檩、内支撑均采用 40#H 型钢，以 HC12（27.5m5.5m11m） 、S014（24m8.4m15.3m）桩基坑为例以 S014（24m 8.4m15.3m）为例共需 18 米长的钢板桩数量：N =（A+B）20.4 =（24+8.4）20.4 = 162 根。本方案基坑开挖深度最深按 10.3m 计算，设二道水平支撑。第一道水平钢支撑中心布置在 23.1m 处，第二道水平钢支撑中心布置在 14.05m 处，这样下道支撑距基坑底约为 3.0m。3、钢板桩支撑体系设计及验算以及基底土抗隆起验算对内支撑基坑，造成基坑失稳的直接原因一般可归纳为
7、两类：结构不足（墙体、支撑等的强度或刚度不足）和地基土强度不足。根据地质资料和现场实际情况分析，本工程可不考虑管涌和承压水，不进行钢板桩的抗渗透稳定性验算。本设计主要计算钢板桩、围檩、支撑在施工全过程中的强度和稳定性，以及为防止基坑整体滑动和基底土隆起所需的钢板桩插入深度。根据地质报告，计算出排水管道施工区域土的有关加权平均指标如下：=18KN/m 3 =20 C=8kpa本设计计算时取 C=0，不考虑地下水的作用。仅考虑被动土压力修正系数k=1.6（见深基坑工程设计施工手册P.286） ，建筑方对沉桩区域实施深井降水，计算过程中不考虑水压力和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算33.1 土压
8、力计算主动土压力系数 Ka=tg2(4520/2)=0.49被动土压力系数 Kp =tg2(45+20/2)=2.04被动土压力修正系数 k=1.6，则：Kp=kKp=3.264如图 A 所示，图中 B 点为 R1和 R2间的中间点(1/2 点)，C 点为 R2与基坑底面间的中点。近似计算时，即认为 R1等于 e0与 e1间的三角形荷载，R 2等于 e1与 e2间的梯形荷载，土压力为：e i=KaH i。另考虑基坑边土体和机械行走等产生的附加荷载，按 20KN/m2计算。上式中 Hi为土压力计算高度。其中 H1=1200；H B=4250； H 2=7300；H C=8800；H 3=1030
9、0。经计算： e 0=0e1= KaH1= 0.49181.2=10.58KN/m2eB= KaHB= 0.49184.25=37.485KN/m2e2= KaH2= 0.49187.3=64.386 KN/m2eC= KaHC =0.49188.8=77.616 KN/m2e3= KaH 3= 0.491810.3=90.846 KN/m设支撑间间距均为 L=5.0m，则通过公式：Ri=(en +en+1)/2 *hn+1+ qKa*hn+1 L 可计算出支撑反力 R1、R 2上式中 h0=0；h 0B=4.25m；h BC=4.55m；Q=qKa=200.49=9.8 KN/m 2。则：R
10、 1= (0+37.485)24.25+200.494.255R1=606.528 KNR2=(37.485+77.616)24.55+200.494.555R2=1532.224 KN和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算43.2 钢支撑强度和稳定性验算本工程二道长钢支撑均采用 40#H 型钢。已知 Rmax=1532.224KN，A=220cm 2, f=200Mpa。取安全系数为 K=2.0。对型钢支撑长度 8.4m 的 40#H 型钢，其长细比 =60.45，查表得=0.85。则由公式 N/（）f/ K 可计算出 8.4 米长直支撑满足稳定性要求的允许压力为：Nz=1870 KN Rm
11、ax=1532.224 KN 符合要求。本工程二道钢斜支撑均采用 40#H 型钢。已知Rmax=1532.224KN，A=220cm 2,f=200Mpa。取安全系数为 K=2.0。由此可见支撑的强度和稳定性均满足要求。e0e1eBB12C3SOM e4Ppe3Pa2ecPa1qkaR1R2q = 20kN/m2150015003050305061003000120010300t图 A：钢板桩支护计算示意图和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算53.3 钢板桩抗弯验算两道支撑间及下道支撑与基坑底面之间的钢板桩弯矩可以近似按照两端简支梁承受梯形荷载计算。查静力计算手册 ，可按以下公式计算钢板桩的
12、最大弯矩：Mmax=q2L2/62 3-（1+）/（1-） 2上式中 = q 1/q2；=（ 2+1）/3 12=0.475 23=0.771 12=0.753 23=0.888由此可计算出：A、两道支撑间之间钢板桩的最大弯矩为:MmaxB=(50.37326)20.75330.475(1+0.475)(10.475) 2=42.031 KN.m/mB、下道支撑与基坑底面之间钢板桩的最大弯矩:MmaxC=(65.371.726)20.88830.753(1+0.753)(10.753) 2=10.256 KN.m/m型拉森钢板桩 W=2043cm3/m，安全系数 K=2。fmax= MmaxB
13、/W=42031/（204310 -6）=20.573Mpaf/2=100Mpa因此钢板桩的抗弯强度可以满足要求。3.4 40#H 型钢围檩抗弯抗压验算（1） 、抗弯验算本工程围檩采用 40#H 型钢，详见平面布置图。支撑与围檩连接的计算简图见图 B。和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算6已知作用在下道围檩的均布荷载较大，为 Q=R2/5m=306.4KN/m，40#H 型钢对其 xx 轴的截面系数 W=3340cm 3；f=200Mpa。 将围檩视为多跨连续梁，净跨度仍按 4.6m 计算，最大弯距在跨中，若安全系数取 K=2.0。计算时按两跨连续梁计算，则查静力计算手册可得：Mmax=0.
14、07QLj2=0.07306.44.62=453.839 KN/m =4538390N/cmMmax/W=4538390/3340=1358.799N/cm2 f/2.0=10000N/cm2符合要求。（2） 、压弯验算当斜向支撑作用在围檩上时，围檩是压弯构件，因此还应进行围檩在压弯状态下的强度。按公式（N/An）+Mx/（x Wnx）f 计算上式中 x截面塑性发展系数，取 1.05；N轴心压力，为1532.224；An净截面面积，为 86.1cm2；Mx最大弯矩；Wnx截面矩。则：（N/An）+Mx/（x Wnx）= (1532.224/86.1)+453839/(1.053340)=12.
15、52 KN/cm2 f=20 KN/cm2 符合要求。从以上计算可知，当支撑间距为 5.0 米时，40#H 型钢可以满足要求。考虑到影响土体侧压力的因素很多，为了确保整个支撑体系的稳定、安全，现场应配备足够的 40#H 型钢，以便对可能发生的支撑体系变形进行加固。所有5000200 2004600型钢支撑 40#H 型钢围檩钢板桩图 B和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算7钢结构焊缝均应满焊，焊缝厚度应符合钢结构规范的要求。3.5 钢板桩变形验算按图 A 计算简图计算，1、2 两点间钢板桩所受弯矩最大，因此只计算该跨的钢板桩最大变形量，按梯形荷载一端固定、一端简支计算，参照建筑结构静力计算手
16、册P.161，其计算公式为：fx=l3x5q1（1-3 2+2 3）+2q 0（1-2 2+ 4）/240EI上式中：l6.1m；q1e1+qKa=20.38 KN/m；q0e2-e1=53.81KN/m；x/l ；1 点处 1=0，跨中 0=0.5；E钢板桩弹性模量=20610 3 Mpa=206102 KN/cm2；I钢板桩截面惯性矩=31.95cm 4/m；X1 点距变形计算点的距离。1 点处 X1=0，跨中 X0=3.05m。 1 点处钢板桩位移：f1= l3X15q1+2q0/240EI=0 跨中 B 点处钢板桩位移：f0= l3X05q1（1-3 2+2 3）+2q 0（1-2 2
17、+ 4）/240EIf0=0.21cm以上计算所得数值满足三级基坑围护结构位移值的要求，该变形量不会造成基坑周边土体的扰动，因此围护结构和周边建构筑物是安全的。3.6 坑底土抗隆起验算由于基坑下部为深厚软土层，因此需验算坑底软土的承载力。如图 C 所示，采用此滑动模型进行验算。先以 O 为圆心，以 OB 为半径作圆，交坑底水平线于E、F。再由 E 作垂直线交地面线于 D。设想滑动面为 DEBF。并设地面有临时荷载 q=20KN/m2。取 C1=C2=8Kpa。(不计算基坑内土的抗滑作用)和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算8此时抗滑力矩 = C 1HOB+(1/2) C2OB 2滑动力矩 =（1/2） （q+H）OB取抗滑系数 K=1.5则 2C1HOB+(1/2)C2OB 2/(q+H)OB1.5计算出 OB=5.7m，实际取 1.2*OB=6.84m，这样偏于安全。因此钢板桩理论计算长度为 0.4+10.3+6.84=17.54m，而本工程钢板桩的实际总长度为 18m，此时坑底土不会出现隆起现象。五、 钢板桩施工施工准备定位放线安装钢板桩导架打设钢板桩土方开挖及支撑安装桩基施工土方回填土拆除钢板桩支撑拔出钢板桩FAOBEDHHqC2C2C1图 C和平立交桩基拉森桩围护设计及稳定性验算9
