钢板桩支护验算计算书
一、工程概况
本标段的三座框架桥。位于穂莞深城际铁路新塘至洪梅段中堂动车所内。桥址区 属于珠江三角洲滨海平原区，地势平坦。主要用于河涌排洪。
JXDK1+676框架桥（1*15m-5m）与中堂运用所正线斜交 67° ，全桥长 18.03m，斜 宽 167.76m，底板厚 1.2m，边墙厚 0.8m，顶板厚 0.9m，全桥为一跨结构；地表标高 为 1.9-2.2m ，基坑底标高 -2.48m~-2.31m，基坑开挖深度 4.2m~4.5m。 二、钢板桩支护结构施工方案
我局管段穗莞深城际 SZH-6标，桥位均处于软土及水涌中，框架桥基坑开挖均采 用钢板桩支护；河涌段水位较浅，先设草袋围堰施工框架桥基础，开挖时再设钢板桩 支护。支护墙体采用 9m长钢板桩，钢板桩基坑顶处设置 300*300 的 H型钢围檩，支 撑体系采用内支撑形式，采用 Ф325*6mm钢管，长 18.6m，间距 6m。 1、钢板桩支护
1 ）钢板桩的选用
采用拉森Ⅲ型钢板桩（ B＝400mm，H=125m，m t ＝13mm）。考虑地质情况和开挖深 度的需要，施工采用浅埋单层支点排桩墙，选用 2、钢板桩的插打
总体施工流程：
施工准备→测量定位→打钢板桩→钢板桩合拢→钢板桩外拉锚→清底→封底→ 垫层→底板施工→脚手架架设→顶板、边墙施工→钢板桩围堰拆除。
钢板桩采用逐片插打逐渐纠偏直至合拢， 插打时利用挖掘机或吊车附带钢丝绳吊 起后，液压振动捶夹板夹住钢板桩到位，按要求沿框架桥四周每边外放
1.5 米要求,
9m长度的钢板桩。
振动锤边振动边插打。为了确保插打位置准确，第一片钢板桩要从两个互相垂直的方 向同时控制， 确保其垂直度在 0.5%内，然后以此为基础向两边插打。 考虑到水位高的 因素，转交处使用特制角桩插打，整个钢板桩形成一个整体，达到安全止水的最佳效 果。
3、钢支撑结构形式
为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩墙体支撑体系尤为重要。具体支撑 及安装位置见附图 1，支撑结构材料如下：
0
穂莞深城际轨道交通新塘至洪梅段 SZH-6标 框架桥钢板桩支护验算书
1）钢板桩支护墙体坡顶处采用 300*300 的 H型钢围檩， 每个对角采用三块 300mm × 300mm× 10mm钢板连接；对角斜撑采用两 300*300 的H型钢，对角处用四块 250mm × 250mm× 10mm钢板连接。在钢板桩竖向放出围檩安装位置，每隔
3m焊接牛腿 1 个。
2）钢板桩支撑体系采用内支撑，支撑体系采用 Ф325*6mm钢管，长 18.6m，间距 6m。 三、参数信息
1、钢板桩长 9m，拉森钢板桩的主要性能参数见下表：
拉森钢板桩技术参数表
钢板桩示意图及钢板桩围堰示意图见下图。
1
穂莞深城际轨道交通新塘至洪梅段 SZH-6标 框架桥钢板桩支护验算书
钢板桩锁口
2、地质参数 1) 土层分布情况：
第一层：（1），Q4ml素填土，厚度约 0.3 ～1.5m；
第二层：（2）1，Q4alm 淤泥，流塑， I, σ0=40kPa，厚度约 6.2 ～6.9m，天然密 度ρ=1.6 (g/cm3)
，粘聚力 c=5.25 KPa，内摩擦角 φ=8.37° ；
：16KN/m3；内摩擦角值 ：8.37 ° ；粘聚力 C=5.25KPa。
（1）淤泥质土的容重值
参考中交一局桥梁施工地勘报告土层物理力学性能指标资料取值。
第三层：（2）5-2 ，Q4alm粉质黏土，可塑，Ⅱ , σ0=140kPa，厚度约 3.8 ～4.9m。 淤泥质土的容重值
：18KN/m3；内摩擦角值 ：22° ；粘聚力 C=23KPa。
注：摘自《粉质粘土物理力学性质表》
2
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经各层土加权平均，土的密度 =1.68(g/cm3) ，粘聚力 c=12.66 KPa，内摩擦
角φ=14.06°。
3、荷载参数
基坑顶边有土方、材料、混凝土运输等，综合考虑荷载 q=20 KPa。
四、钢板桩插入深度
1、地面荷载 q=20 KPa。 2、基坑开挖深度
本框架桥中，开挖深度 4.2-4.5m 。详见附图基坑防护结构立面图。 3、主动土压力系数 Ka =tan 2（45°-18.28 °/2 ）=0.52,
Ka
0.72；
按《市政工程施工计算实用手册》( 以下计算公式均来自本手册) 式（37-36）计算 被动土压力系数， δ=2 /3 ，被动土压力内摩擦角取 1.3 系数（土的内摩擦角情调整有桩基的板桩墙内侧，在密集群桩深度范围内，以乘
1.2~1.4 ），
n
=1.3 =18.28°；δ=2 /3=9.37 °； Kp=
cos
2=2.41
cos δ -
sin
sin
（ δ
）
1）根据朗金土压力理论：
最大主动土压力强度
ea ( h
x)k
2c k ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯
式 1；
a
a
最大被动土压力强度
e
xk
2 c k
p
p
p
⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯
式 2；
h — 基坑开挖深度；
x — 钢板桩入土深度；
2）最大主动土压力
E 1 x )
a 2 ea
( h ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 式 3；
E q
q ( h x ) k
a
⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 式 4；
E 1
x
p 2 e p ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 式 5；
取支撑点 MA 0 ；得
可酌
3
穂莞深城际轨道交通新塘至洪梅段SZH-6标框架桥钢板桩支护验算书
2 E a
3
h
x
h
0
1 E q
2
h
x
h
0
E p
2 x
3
h
h 0
⋯ ⋯ 式 6；
其中 h 0 为内支撑距钢板桩顶面距离，根据现场实际情工本，况程取
h
=0m。
0
3）支撑反力 Ta
根据平衡得支撑反力 Ta=Ea+Eq-Ep⋯ ⋯ 式 7；
2、浅埋单层支点桩墙顶端支撑法 算计
q
TA
Eq
Ep
Ea
p q a
最大主动土压力强度ea
Kpa
最大被动土压力强度 p 即：
1
( h x ) k a 2 c k a =8.74*（4.5+x ）-18.23
e
p
xk 2 c
p
k
=40.49x+39.246 Kpa
2
Ea
2
ea( h x) 4. 37 4. 5 x x ；
9. 12 4. 5
； x
Eq
q( h
1
x)ka 10. 4 4. 5
2
Ep
2
epx 20. 245 19. 623
；
x x
将以上公式代入式 6，解一元三次方程得钢板桩入土深度x =2.2m，
4
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施工时尚应乘以 K=1.1-1.5, 本工程取 K=1.2，则钢板桩长 =4.5+1.2*2.2=7.14m 。 施工时取 9m长钢板桩即可。 取钢板桩插入深度 x=2.2 m ，
1
2
所以： E
a
e h
(
a
x
)
4. 37 4. 5
x
9. 12 4. 5
x
=135.065KN/m；
2
Eq
q( h
1
x)ka 10. 4 4. 5
2
x =69.68KN/m；
=141.156 KN/m；
Ep e x
p
20. 245x 19. 623x
2
故 TA=Ea+Eq-Ep=63.59KN/m； 6、求最大弯矩 Mmax和钢板桩选型
最大弯矩发生于剪力为零处，设从墙顶往下
1
2 Ka
2
y 处剪力为零，则
y
y
qK
a
R
-
a
0
求得 y=2.39m
1
2
1
3
Mmax=R（ -
a
- ）
0
h y
qK
y -
a
K
y
a
2 6
求得 Mmax=88.38KN· m/m
即每延米墙体承受的最大弯矩为 88.38 KN· m/m，发生于墙顶下 2.39m
根据求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力（参见《公路桥梁钢结构及木结构设 计规范》，一般取 [f]=170-200 N/mm ）， 即可选择板桩的截面、型号。
最大应力计算值
<170 N/mm2 σ= M/Wβ=88380/1340*1=65.96 N/mm
2
2
其中 β- 钢板桩截面抵抗矩折减系数，当桩顶设有整体围檩时取
设置时取 β=0.7 ；
选择拉森 Ⅲ型钢板桩。 五、围檩、内支撑验算
β=1，不
1）钢围檩拟采用 300*300 的 H型钢， 支撑体系采用 Ф325*6mm钢管， 详见基坑防
护支撑布置图，首先施工钢板桩，围檩、内支撑等随开挖随施工。
2）本次验算取外拉锚的间距 l=6m，简略计算如下图：
5
穂莞深城际轨道交通新塘至洪梅段 SZH-6标 框架桥钢板桩支护验算书
作用线荷载 q=TA=63.59kN/m；
2=0.1*63.59*6 最大弯矩 M=0.1ql
2=228.924kN?m；
300*300 的H型钢最大弯曲应力：
6
M
228 . 924 * 10
max
3
167 . 1N/mm2＜[ ]
1370 * 10
215N/mm2
W
满足强度要求；
300*300 的H型钢刚度：
f
150EI
5
4
4
4
ql 63. 59 * 6000
12. 76mm [ f ]
＜
6000
15
400
mm
150 * 2. 1 * 10 * 20500 * 10
满足刚度要求。
(2) 内支撑强度验算：
内支撑采用 Ф325*6mm钢管，单根的轴力为 N=63.59*6=381.54kN. Φ325 钢管最大弯曲应力：
N A
381. 54 * 10
6013
3
2
63. 45N/mm [ ]
＜
2
215N/mm
其中截面抵抗矩 A=π（d 2-d 2）/4=6013mm2
外 内
2-d
2）
/4=6013mm2
满足强度要求；
六、基坑底部隆起稳定性计算
支撑式支挡结构，其嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求，抗隆起稳定性可按下 列公式验算：
K cN
c
DN
q
2
L
q
(
h
1
0
) D
式中：
6
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D— — 墙体插入深度 (m) ；
h
0
— — 基坑开挖深度 (m)；
q— — 地面以上均布荷载 (kPa) ；
c
— — 支护墙底处的地基土粘聚力 (kPa)
γ1— — 基坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权(值均平
kN/m 3) ；
γ2— — 基坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权(值均平kN/m 3) ； N
cp
、Nqp— — 地基极限承载力系数；
用普朗特尔公式， Ncp、Nqp 如下：
N
2
) tan q P
tan (45
e 2
N cp
( N qp
1) / tan
──支护墙底处土的内摩擦角(
0
)
K
L
──抗隆起安全系数； 考虑图中A'B' 面上抗剪强度抵抗隆起作用未考虑，固安全系数 KL 可取低一些，要求 KL≥ 1.1~1.2 。
计算隆起稳定性示 图意
查地勘报告有各土层物理力学指标：天然容重
γ1=1.68(g/cm3) ，γ2=1.72(g/cm3) 支护墙底处土的内摩擦角值 ：22°；粘聚力 C=23KPa。
钢板桩插到第三层： （2）5-2，Q4alm粉质黏土即停止，地面超载 q0=20kN/m
2。
代入以上各项数据有
7
。
穂莞深城际轨道交通新塘至洪梅段 SZH-6标 框架桥钢板桩支护验算书
N
q
P
2
tan (45
tan ) e 2
求得 Nqp=7.82
N cp
( N qp
1) / tan
=16.88
基坑开挖深度为 h0=4.5m，插入土深度 D=4.2 m。
DN cN 17. 2 4. 2 7. 82 16. 88 K 2 5. 73 2 c
23 q L D) 16. 8 ( 4. 4. 20 1. q 2) 5 ( h0 ＞
1
经以上计算钢板满足坑底隆起稳定性要求。
8
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