深基坑钢管桩支护方案检算

中铁X局桥限公司 基坑支护检算

目 录

1 基坑支护总体概况 ............................................... 2 1.1 支护结构布置 ................................................. 2 1.2 支护参数选定 ................................................. 3 2 基坑支护稳定性计算 ............................................ 4 2.1 ML19#墩承台基坑支护验算 ....................................... 4 2.2 MR21#墩承台基坑支护验算 ....................................... 7 3 结论及建议 ................................................... 10

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1 基坑支护总体概况

1.1 支护结构布置

XXXX立交桥与铁路线路斜交角为80.1度。上部采用左右分幅箱梁，每幅孔跨布置为2×56mT构，桥梁部分全长112m,其中2×44m为转体施工段。平面上左右幅桥主墩采用错孔布置，右幅桥主墩承台距陇海铁路防护栏7.56m,左幅桥主墩承台距陇海铁路防护栏7.47m。承台基坑开挖施工中，为防止边坡失稳，同时为减小对一旁铁路路基影响，故在开挖过程中需对基坑进行支护，如下图所示：

图1.1 MR21#墩承台基坑支护平面图（单位:m）

图1.2 ML19#墩承台基坑支护平面图（单位:m）

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图1.3 MR21#墩承台基坑支护立面图（单位:cm）

图1.4 ML19#墩承台基坑支护立面图（单位:cm）

支护参数选定 支护材料工程量

表1.1 转体T构桥基坑支护工程数量表 工程项目及材料名称 数量 长度(m) 重量(kg) 12m长Ф600×10mm钢管桩 43 12 75078 I32工字钢 2 4.9 565.46 ML19#墩 I32工字钢 2 27.9 3219.66 I32工字钢 2 10.9 1257.86 C20护壁砼 18.67（m3） 12m长Ф600×10mm钢管桩 42 12 73332 I32工字钢 2 5 577 MR21#墩 I32工字钢 2 27 3115.5 I32工字钢 2 11 1269.4 C20护壁砼 15.09(m3) 12m长Ф600×10mm钢管桩 148.4（T） 合计 I32工字钢 10.005（T） C20护壁砼 33.76（m3） ML19#墩基坑开挖：3358.68方，MR21#墩基坑开挖：2782.76方 支护土层参数

3

1.2 1.2.1

1.2.2

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根据设计图纸中设计说明及现场实地勘查，该地区土质主要为失陷性黄土质，属于低液限粉质粘土，经查《公路桥涵地基与基础技术规范》（JTG D63－2007）、《土力学》、《建筑地基与基础设计规范》（GB50011－2010）等相关资料可取以下相关的参考特性值。 1、黄土天然重度：=13.5kN/m3；

2、黄土内摩擦角: ＝21~30，此处暂取 ＝25； 3、该地区地下水位:地表10m以下；

4、黄土粘聚力：c=20～30KPa，此处取c=20KPa。

以上土的力学特性且认为在基坑汲深的范围内不分层，均匀分布。

2 基坑支护稳定性计算

2.1 ML19#墩承台基坑支护验算

2.1.1 支护临界条件验算

土方开挖，当土质均匀，且地下水位低于基坑底面标高时，挖方边坡可以做成直立壁且不加支护。对粘性土垂直允许最大高度

hmax可按下式计算：

令作用在坑壁上的主动土压力Ea0，由土力学主动土压力计算公式得：

Eah22tg（452c22）2chtg（452）2c20 解此方程可得：

hmax＝

22201.2513.5tg(4525)23.72m<5.5m(开挖深度)，故

Ktg（45）需要进行专门支护！ 上式中

—坑壁土的重度（kN/m3）

） —坑壁土的内摩擦角（。

c—坑壁土的粘聚力（KPa）

Ea—主动土压力(KPa)

hmax—直立壁开挖最大深度（m）

K—安全系数，由经验一般取1.25

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2.1.2 主动土压力作用下基坑支护验算

ML19#墩基坑垂直深度为5.5m,采用12m长Ф600×10mm钢管桩间距1m，每根桩外露5.5m,埋深6.5m。顶部采用双拼I32工钢将钢管桩连成整体，开挖放坡坡率为1：0.6，同时坡面采用C20砼护壁，厚度为10cm。

＝13.5kN/m3×5.5m× 2基坑底5.5m处土的水平土压力pahtg（45）225tg（45）=30.134KPa,桩顶面所受土压力pa0KPa；取以一个钢管桩为研究对象，

22视管桩为单悬壁梁，梁顶受荷载为q1＝0kN/m,梁底所受荷载为q2paL＝30.134kN/m2×1m=30.134kN/m,如下图所示：

图2.1 ML19#墩承台基坑钢管桩主动土压力受力图（单位:kN/m）

2.1.3 外荷载作用下基坑支护验算

根据中—活载中列车荷载，可近似取均值qk＝92kN/m ,在列车行经的过程中，产生的荷载强度pk＝

pqk20.44KPa92kN/m1.514m,20.44KPa,等效土层厚度为h=k4.5m4.5m13.5kN/m3，2htg（则钢管桩在外荷载作用下桩顶段产生的主动土压力q145）＝13.5kN/m3×

225，，q18.29KPa，钢管桩在外荷载及主动土压力）=8.29KPa，桩底处q21.514m×tg（4522作用下总受力图及内力图如下图所示：

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图2.2 ML19#墩承台基坑支护钢管桩总受力图（单位:kN/m）

图2.3 ML19#墩承台基坑支护钢管桩M、V图（单位:kN·m、kN）

2.1.4 钢管桩稳定性验算

钢管桩属于薄臂环形截面，采用A3碳素钢，其相关验算如下所示

W＝R4r43004mm429044R.14mm434300mm2.69106mm3 （D4 I ＝d4）0.0491（6004mm45804mm4）8.0108mm4 抗弯刚度EI＝2.01105N/mm28.0×108mm4＝1.608×1014Nmm2

剪力 Q＝q，111l2q2l5.58.29230.1345.5128.46kN

弯矩 M＝1q21，62l2q1l21630.1345.52128.295.52277.3kN·m 挠度 fq，42l4q1lmax30EI+

8EI30.13455004301.6081014mm8.295500481.6081014mm＝11.5mm6

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剪切应力 128.461000N4Q128.46KN46.93Mpa<[]=85PMa 3.14(60025802)mm2(D2d2)A2.1.5 基坑边坡稳定性验算

ML19#墩承台基坑采用1：0.6坡率进行放坡开挖，假定坡体失稳时的滑动面为平面，则由边坡上土体力的平衡条件，可得边坡稳定系数K、边坡高度H、边坡坡率及变形体高度h参数计算如下：

tg4c420tg25K+＝1.85>1.25

tghsin（2）tg（5925）13.5kN/m35.5msin（234）h=

2crcos（Ktgtg）2=5.517m≈5.5m

13.5cos34（1.85tg34tg25）2220KPaH=h×

119.256m>5.5m 5.517m1mtg10.6tg34综上可看出原设计开挖边坡坡率m=0.6能满足边坡稳定的要求,ML19#墩承台基坑可按原设计进行预支护并放坡开挖。 2.2 MR21#墩承台基坑支护验算 2.2.1 支护临界条件验算

土方开挖，当土质均匀，且地下水位低于基坑底面标高时，挖方边坡可以做成直立壁且不加支护。对粘性土垂直允许最大高度

hmax可按下式计算：

令作用在坑壁上的主动土压力Ea0，由土力学主动土压力计算公式得：

Eah22tg（45）2chtg（45）0 解此方程可得：

222c22c2hmax220＝故需要3.72m<6.1m(开挖深度)，25Ktg（45）1.2513.5tg(45)22进行专门支护！ 上式中

—坑壁土的重度（kN/m3）

） —坑壁土的内摩擦角（。

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c—坑壁土的粘聚力（KPa）

Ea—主动土压力(KPa)

hmax—直立壁开挖最大深度（m）

K—安全系数，由经验一般取1.25 2.2.2 主动土压力作用下基坑支护验算

MR21#墩基坑垂直深度为6.1m,采用Ф600×10×12000mm钢管桩@1000mm一道，每根桩外露6.1m,埋深5.9m。顶部采用双拼II32工钢将钢管桩连成整体，开挖放坡坡率为1：0.6，同时坡面采用C20砼护壁，厚度为10cm。

2基坑底6.1m处土的水平土压力pahtg（452＝13.5kN/m3×6.1m× ）25tg（45）=33.422KPa,桩顶面所受土压力pa0KPa；若以一个钢管桩为研究对象，

22则视管桩为单悬壁梁，梁顶受荷载为q1＝0kN/m,梁底所受荷载为q2paL＝33.422kN/m2×1m=33.422kN/m,如下图所示：

图2.4 MR21#墩承台基坑钢管桩主动土压力受力图（单位:kN/m）

2.1.3 外荷载作用下基坑支护验算

根据中—活载中列车荷载，可近似取均值qk＝92kN/m ,在列车行经的过程中，产生的荷载强度pk＝

pqk20.44KPa92kN/m1.514m,则20.44KPa,等效土层厚度为hk34.5m4.5m13.5kN/m，2htg（45）＝13.5kN/m3×钢管桩在外荷载作用下桩顶段产生的主动土压力q1225，，q18.29KPa，钢管桩在外荷载及主动土压力）=8.29KPa，桩底处q21.514m×tg（4522 8

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作用下总受力图及内力图如下图所示：

图2.5 MR21#墩承台基坑支护钢管桩总受力图（单位:kN/m）

图2.6 MR21#墩承台基坑支护钢管桩M、V图（单位：kN·m、kN）

2.1.4 钢管桩稳定性验算

钢管桩属于薄臂环形截面，采用A3碳素钢，其相关验算如下所示

W＝R4r44R3.143004mm42904mm44300mm2.69106mm3 4 I ＝（Dd4）0.0491（6004mm45804mm4）8.0108mm4 抗弯刚度EI＝2.01105N/mm28.0×108mm4＝1.608×1014Nmm2

剪力 Q＝q，12l6.18.2911lq2233.4226.1152.5kN

弯矩 M＝11，6q2l22q1l21633.4226.12128.296.12361.5kN·m 挠度 fq，42l4q1l33.422610048.29max30EI+8EI301.6081014mm6100481.6081014mm＝18.5mm 9

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M361.5106Nmm134.4Mpa<[]=215MPa 弯曲应力 W2.69106mm3剪切应力 152.51000N4Q152.5KN48.23Mpa<[]=85PMa 22222A(Dd)3.14(600580)mm2.1.5 基坑边坡稳定性验算

MR21#墩承台基坑采用1：0.6坡率进行放坡开挖，假定坡体失稳时的滑动面为平面，则由边坡上土体力的平衡条件，可得边坡稳定系数K、边坡高度H、边坡坡率及变形体高度h参数计算如下：

tg4c420tg25K+＝1.85>1.25 3tghsin（2）tg（5925）13.5kN/m6.1msin（234）h=

2crcos2（Ktgtg）220KPa=5.517m<6.1m 213.5cos34（1.85tg34tg25）H=h×

119.256m>6.1m 5.517m1mtg10.6tg34综上可看出原设计开挖边坡坡率m=0.6能满足边坡稳定的要求,MR21#墩承台基坑可按原设计进行预支护并放坡开挖。

3 结论及建议

通过上述检算易得出ML19#墩、MR21#墩承台基坑支护措施安全性高，可靠性强。即边坡采用1:0.6坡率放坡开挖，毋须加设钢管桩支护及喷射砼措施亦能满足基坑在施工过程中边坡的自然稳定，但考虑到基坑旁铁路路基及列车通行的影响，故对此基坑靠近铁路则边坡进行局部加强支护，采用Ф600×10×12000mm钢管桩@1000mm一道，同时所有坡面喷射100mm厚C20护壁砼，为保证钢管桩受力整体性，在桩顶再加设一道II32（双拼工字钢）。由此保证基坑施工安全。

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