钢板桩设计计算

本标段施工范围内共有75个承台，分8种类型：

A类承台:下部采用9根φ1.0 m钻孔灌注桩，承台尺寸为×7m（横×顺）, 厚2.4m。主要适用于30+30m跨径组合；

B类承台: 下部采用9根φ1.2m 钻孔灌注桩，承台尺寸为×8.2m（横×顺）, 厚2.6m。主要适用于40+40m跨径组合；

C类承台: 下部采用8根φ1.0 m钻孔灌注桩，承台尺寸为×7m（横×顺）, 厚2.4m。主要适用于25+25m跨径组合；

D类承台: 下部采用8根φ1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为×8.2m（横×顺）, 厚2.6m。主要适用于30+40m跨径组合；

E类承台: 下部采用6根φ1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为×5.34m（横×顺）, 厚2.5m。主要适用于25+30m跨径组合（斜交20°）； F类承台: 下部采用9根φ1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为×8.34m（横×顺）, 厚2.6m。主要适用于+33.5m跨径组合（斜交20°）； G类承台: 下部采用9根φ1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为×8.872m（横×顺）, 厚3.0m。主要适用于40+40m跨径组合（斜交40°）； H类承台: 下部采用10根φ1.0m钻孔灌注桩，承台尺寸为×4.5m（横×顺）, 厚1.5m。主要适用于桥台基础；拟采用拉森Ⅳ型钢板桩实施围护，以确保

基坑安全开挖、承台结构和墩身结构的顺利施工。 二、地质情况

根据地质勘察报告显示：勘察深度范围内（河床底至钻孔桩底）可分为7个地质单元层，钢板桩深度主要在：⑴层为近代人工堆填土，⑵黄～灰黄色粘土和灰黄～灰色砂质粉土,(3)灰色粉质粘土 三、钢板桩施工方案 1、钢板桩的选用

根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森Ⅳ型钢板桩。拉森Ⅳ型WUR13型冷弯钢板桩桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度。 2、打桩设备

拟采用Z550型液压振动沉桩机，作为沉设钢板桩的主要动力。投入钢板桩打拔桩机1台用于施工。打拔桩机为挖掘机加液压高频振动锤改装而成，激振力220kN。 四、钢板桩设计方案

现对承台钢板桩围堰设计进行计算如下：

1、上海A8三标桩基658根，承台75个。承台宽8.4m，长～8.872m（0#台除外，0# 台长×宽为×27m。根据地质勘察报告显示：勘察深度范围内（河床底至钻孔桩底）可分为7个地质单元层。 为保证设计安全，取土的重度选为：m3，内摩擦角选为Φ=°。 2、现场实际情况

施工现场已经打设9米长拉森Ⅳ型钢板桩，并提供以下数据：打设钢板桩尺寸为沿道路方向承台尺寸两侧各加0.5m；钢板桩露出地面高度为0.5米。 3单支撑钢板桩计算

支撑层数和间距的布置是钢板桩施工中的重要问题，根据现场的支撑材料和开挖深度，我们采取在钢板桩内侧加一层围囹并设置支撑，按单支撑进行钢板桩计算。围堰采用拉森Ⅳ型钢板桩，W=1346cm3，[f]=350Mpa。

4、土的重度为： m3，内摩擦角Ф=°

5、距板桩外1.5m均布荷载按20KN/ m2计。基坑开挖深度4m.

钢板桩平面布置、板桩类型选择，支撑布置形式，板桩入土深度、基底稳定性设计计算如下：

(1)作用于板桩上的土压力强度及压力分布图 ka=tgа（45°-φ/2）= tgа（45°2）= Kp= tgа（45°+Ф/2）= tgа（45°+2）=

板桩外侧均布荷载换算填土高度h1，

q=20KN/m2q=46.6KN/m2 钢板桩土压力分布图h1=q/r=20KN/ m2÷

m3

=1.06m

基坑底以上土压力强度Pa1： Pa1=r*(h1+4)Ka=×+4) × =m2

合力Ea距承台底的距离y为2.53m. (2)确定内支撑层数及间距

按等弯距布置确定各层支撑的间距,根据拉森Ⅳ型钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:

3h=

6[f]wrka536350134610 = 18.81030.49

=313cm

=3.13m

钢板桩内支撑封底砼

h1==×=3.47m h2= h =×=2.75m

根据具体情况，确定采用【桥涵（施工手册）】图5-44的形式布置。 支撑间距:S1=×4+×（×4+）= S2=××（×4+）=1.87m

（3）WUR13型冷弯钢板桩厚度以0.36m计，围囹以10m长计， 围囹受力计算如下:

围囹采用2I40a工字钢，翼板间每隔1m采用钢板满焊连接，形成半封闭箱型结构。钢材屈服强度值fy=235N/mm2，钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。2I40a工字钢惯性矩/静力矩（Ix /Sx）=，截面模数=2180cm3。 支承力： ×××（+）/2=m P2=×10/7= b.弯距 Mmax=×8=·m

σmax=×106/（2180×103） =mm2＜fy=235N/mm2，满足要求。 c.剪力 τ=RSx/(Ix×t) =R/( t×Ix/Sx)

=×103/(5×10-3××10-2) =＜[τ]=120MPa，满足要求。

（4）横桥向支撑杆，采用φ300×10的钢管，支撑在顺桥向支撑上，型钢与钢管之间满焊连接。

钢管外径D=300mm，管壁厚度d=，钢材屈服强度值fy=235N/mm2，钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。 ①钢管截面积

A=1/4π(D2-d2)=π/4×(302-282)=91.06cm2 ②钢管的回转半径

截面惯性矩I=π×(D4-d4)/64=π×( 304-284)/64= 截面回转半径i=(I/A)1/2=1/2= ③钢管的长细比

λ=l/i=2150/=<[λ]=150,满足要求。 ④钢管的稳定性

σ=P/A=262600/9106=mm2＜fy=215N/mm2,满足要求。 （6）钢板桩入土深度X：

采用盾恩近似法计算钢板桩入土深度。

如右图所示，Kn=r(Kp-Ka)=× KN/m3 e1=MQ=rKaH=××= KN/m2 DB＇板桩上的荷载GDB＇N＇一半传至D点，另一半传至土压力MR＇B＇，

DG故有rKaH（L+x）/2=r(Kp-Ka)x2/2 即r(Kp-Ka)x2- rKaHx- rKaHL=0

由上面计算知，支撑距基坑底的，即L=，代入上式，得，x=

R＇KnLQOB＇xN＇钢板桩入土深度=>，满足要求。 RBr（Kp-Ka）x (7) 基坑底部的隆起验算

考虑地基土质均匀,依据地质勘察资料,其土体力学指标如下:

r= KN/m3，c=，q=20 KN/m2

由抗隆起安全系数K=2πC/（q+rh）≥ 则：

h ≤(2πC / ≤(2** ≤ 4.8m

即钢板桩周围土体不超过时，地基土稳定，不会发生隆起。实际施工中，尽量减小坑沿活载，同时适当降低板桩侧土体高度(坑外堆土最大允许高度3m)，以避免基坑底部的隆起。

（8）基坑底管涌验算(按水中墩验算) 根据不发生管涌条件： K=（h＇+2t）r＇/ h＇rw≥

r＇=rs-rw= KN/m3, t=4.5m h＇=4.0m rw= KN/m3 则K=(4+2× ×4×10 =＞

即当钢板桩入土深度时， 满足条件，不会发生管涌。 （9）坑底渗水量计算：

Q=K×A×ι= K×A× h＇/( h＇+2t)

根据设计地质资料，土的综合渗透系数取d 则Q=××10×4)/(4+2× =2.31m3

根据其渗水量的大小，为到达较好的降水效果利于承台施工，在承台外侧与钢板桩之间可设置2个降水井。

（10）围囹和支撑杆布置方式

钢板桩打入土体后，进行围堰内基坑开挖。当开挖至距钢板桩顶端处，

进行围囹和支撑施工。围囹采用2I40a工字钢，支撑杆采用三道等间距横桥向直撑，支撑杆采用φ300mm×10mm的钢管。工字钢之间采用□500 mm×500mm×10mm钢板每隔1米进行两面满焊连接，工字钢间隙按照米设置。各道支撑与围囹之间进行满焊连接，并保证焊接质量。若支撑杆未贴靠在与围囹上，需作加垫钢板处理，使围囹上的力传到支撑上，以起到支撑的作用。支撑与围囹的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。立模板时需要将模板割开以便穿过支撑杆，随后将支撑杆一起浇筑在混凝土中。 五、钢板桩施工工艺 1、钢板桩施工的一般要求

⑴钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。

⑵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。

⑶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、钢板桩施工的顺序

施工流程: 根据施工图及高程，放设沉桩定位线→实施表层回填矿渣土剥离→根据定位线控设沉桩导向槽→整修加固施工机械行走道路及施工平台→沉设钢板桩→将钢板桩送至指定标高→焊接围囹支撑→挖土→施工承台、墩身及顶帽→填土→拔除钢板桩。 3、钢板桩的检验、吊装、堆放 ⑴钢板桩的检验

钢板桩运到工地后，需进行整理。清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位

加以整修。

①锁口检查的方法：用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。

②为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。同时，尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。需要进行宽度检查，方法是：对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1 为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。

③钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。

④锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干膨润土：干锯沫＝5：5：3。 ⑵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。

⑶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：

a. 堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便； b. 钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；

c. 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3-4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。

4、定位

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、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。导向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2．5～3．5m，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。 安装导向架时应注意以下几点：

a.采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。

b.导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。 c.导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。

d.导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。 5、钢板桩施工

（1）制作角桩和支撑组件，首先在岸上按设计要求加工、焊接角桩和支撑组件。

（2）钢板桩的插打采用内导向框架法，即内支撑作内导向柜架逐片

插打钢板桩直到合拢。施打钢板桩时，以内支撑作导向框，顺着导向框用45KW振动锤施打钢板桩（钢板桩在岸上予以整形符合要求）。

（3）开挖及支护

a.首先用水泵排净围堰内的水，然后用挖掘机对基坑进行开挖，挖掘机施工够不到部位可以考虑用挖掘机进行基坑的开挖。施工到钢板桩顶以下2.63m位置处，进行围囹和支撑施工，然后继续开挖。围堰开挖时应分层分区连续施工，并对称开挖。

b.围囹及支撑制做安装：根据设计位置在钢板桩内壁上焊围囹托架，然后吊装工字钢围囹并焊接加固。钢管支撑与围囹之间的连接要进行满焊，并保证焊接质量。

c.开挖基坑内设置排水措施，基坑开挖时要做好排水，以便于开挖。机械支撑部位要铺垫钢板以扩散压力，保证施工平台受力均匀。

d. 基坑周边（约一倍桩长）范围内严禁堆载。 e. 开挖过程中注意支护体系的变形观察。 f. 基坑内作业时，要有专职安全员负责。 在基坑开挖过程中需要注意的问题：

首先是钢板桩未贴靠在围囹上的部分，需作加垫处理，使钢板桩的压力传到围囹及支撑上，支撑的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。

其次是开挖和支撑的架设施工过程必须紧密配合，开挖过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力，两者配合就能较好地利用软土施工中的时空效应，有效地控制围护体系在受力后的变形。施工中切不可超挖，及时做到施加支撑。开挖施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。

开挖至设计标高，进行封底混凝土施工，封底混凝土采用C20混凝土。封底混凝土要在围堰范围内满铺以兼作围堰的支撑，为钢板桩的支撑提供安全保障；为便于拨除钢板桩和钢管支撑，可以在封底混凝土与钢板桩、钢管支撑之间铺设一层油毛毡，以减少混凝土与钢板桩间、钢管支撑的摩阻力。

（5）凿除桩头至设计位置，进行根据要求进行桩基检测，检测合格后方可进行下道工序。 （6）拔桩。

承台及墩身施工完毕后进行钢板桩的拔除。

钢板桩拔桩前，先将围堰内的支撑拆除。先略锤击振动各拔高1～2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再从两侧依次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力。

拔桩时应注意事项：

a.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振动锤将桩振下100－300mm，再与振动锤交替振打、振拔。

b.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。 六、安全措施

1、为提高深基坑围护的安全可靠性，对钢板桩的入土深度已经进行了理论数据的计算，也对钢板桩的围护强度及稳定性进行验证，确保了深基坑施工的可靠性。

2、沉设钢板桩的施工中，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钢板桩的防漏性能，保证下道工序顺利进行。

3、围囹与支撑之间的连接要进行满焊，保证焊接质量。 4、吊装过程中要严格遵守操作规范，严禁违章作业。

5、施工过程中,钢板桩渗漏处要及时进行止漏处理保证施工时的安全。

6、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10m～15m（1倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对钢板桩的侧压力，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，对钢板桩的破坏，确保基坑安全。

7、作好基坑围护工作，设置护栏及醒目标志，设置防坠落警示牌。 8、雷雨、风力六级以上(含六级)天气不得进行作业。

9、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，拟定合理的奖罚条律，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。