6#楼北侧钢板桩设计计算书.docx

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6#楼北侧钢板桩设计计算书

悬臂支护结构设计计算书

计算依据：

1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012

2、《建筑施工计算手册》江正荣编著

3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著

4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著

5、《土力学与地基基础》

一、参数信息

1、基本参数

支护桩材料

钢桩

支护桩间距ba（m）

0.4

支护桩嵌入土深度ld（m）

8.6

基坑开挖深度h（m）

3.4

基坑外侧水位深度ha（m）

1.1

基坑内侧水位深度hp（m）

1.2

支护桩在坑底处的水平位移量υ（mm）

12

承压水含水层顶面至坑底的土层厚度D（m）

4.3

承压水含水层顶面的压力水头高度hw（m）

6

2、土层参数

土层类型

土厚度h（m）

土重度γ（kN/m3）

粘聚力c（kPa）

内摩擦角φ（°）

饱和土重度γsat（kN/m3）

水土分算

填土

1.4

17

5

8

17

否

淤泥质二

1.6

17.6

12.3

8.9

17.6

是

粘性土

2.3

19

55.8

15.4

19

是

粘性土

1.3

18.7

40.2

15.1

18.7

是

粘性土

1.1

18.6

16.2

16.6

18.6

是

粉土

2.44

18.8

40

17

18.8

是

粉土

4.36

18.7

40

17

18.7

是

粘性土

9.95

19

55

16.6

19

是

3、计算系数

结构重要性系数γ0

1

综合分项系数γF

1.25

嵌固稳定安全系数Ke

1.2

圆弧滑动稳定安全系数Ks

1.3

突涌稳定安全系数Kh

1.1

二、土压力计算

土压力分布示意图

1、主动土压力计算

1）主动土压力系数

Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-8/2）=0.756；

Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-8/2）=0.756；

Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-8.9/2）=0.732；

Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-15.4/2）=0.58；

Ka5=tan2（45°-φ5/2）=tan2（45-15.1/2）=0.587；

Ka6=tan2（45°-φ6/2）=tan2（45-16.6/2）=0.556；

Ka7=tan2（45°-φ7/2）=tan2（45-17/2）=0.548；

Ka8=tan2（45°-φ8/2）=tan2（45-17/2）=0.548；

2）土压力、地下水产生的水平荷载

第1层土：

0-1.1m

H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/17=0m

Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=17×0×0.756-2×5×0.7560.5=-8.695kN/m2

Pak1下=γ1（h1+H1'）Ka1-2c1Ka10.5=17×（1.1+0）×0.756-2×5×0.7560.5=5.442kN/m2

第2层土：

1.1-1.4m

H2'=[∑γ1h1]/γsati=[18.7]/17=1.1m

Pak2上=γsat2H2'Ka2-2c2Ka20.5=17×1.1×0.756-2×5×0.7560.5=5.442kN/m2

Pak2下=γsat2（h2+H2'）Ka2-2c2Ka20.5=17×（0.3+1.1）×0.756-2×5×0.7560.5=9.298kN/m2

第3层土：

1.4-3m

H3'=[∑γ2h2]/γsati=[23.8]/17.6=1.352m

Pak3上=[γsat3H3'-γw（∑h2-ha）]Ka3-2c3Ka30.5+γw（∑h2-ha）=[17.6×1.352-10×（1.4-1.1）]×0.732-2×12.3×0.7320.5+10×（1.4-1.1）=-2.825kN/m2

Pak3下=[γsat3（H3'+h3）-γw（∑h2-ha）]Ka3-2c3Ka30.5+γw（∑h2-ha）=[17.6×（1.352+1.6）-10×（3-1.1）]×0.732-2×12.3×0.7320.5+10×（3-1.1）=22.076kN/m2

第4层土：

3-5.3m

H4'=[∑γ3h3]/γsati=[51.96]/19=2.735m

Pak4上=[γsat4H4'-γw（∑h3-ha）]Ka4-2c4Ka40.5+γw（∑h3-ha）=[19×2.735-10×（3-1.1）]×0.58-2×55.8×0.580.5+10×（3-1.1）=-46.872kN/m2

Pak4下=[γsat4（H4'+h4）-γw（∑h3-ha）]Ka4-2c4Ka40.5+γw（∑h3-ha）=[19×（2.735+2.3）-10×（5.3-1.1）]×0.58-2×55.8×0.580.5+10×（5.3-1.1）=-11.866kN/m2

第5层土：

5.3-6.6m

H5'=[∑γ4h4]/γsati=[95.66]/18.7=5.116m

Pak5上=[γsat5H5'-γw（∑h4-ha）]Ka5-2c5Ka50.5+γw（∑h4-ha）=[18.7×5.116-10×（5.3-1.1）]×0.587-2×40.2×0.5870.5+10×（5.3-1.1）=11.905kN/m2

Pak5下=[γsat5（H5'+h5）-γw（∑h4-ha）]Ka5-2c5Ka50.5+γw（∑h4-ha）=[18.7×（5.116+1.3）-10×（6.6-1.1）]×0.587-2×40.2×0.5870.5+10×（6.6-1.1）=31.544kN/m2

第6层土：

6.6-7.7m

H6'=[∑γ5h5]/γsati=[119.97]/18.6=6.45m

Pak6上=[γsat6H6'-γw（∑h5-ha）]Ka6-2c6Ka60.5+γw（∑h5-ha）=[18.6×6.45-10×（6.6-1.1）]×0.556-2×16.2×0.5560.5+10×（6.6-1.1）=66.964kN/m2

Pak6下=[γsat6（H6'+h6）-γw（∑h5-ha）]Ka6-2c6Ka60.5+γw（∑h5-ha）=[18.6×（6.45+1.1）-10×（7.7-1.1）]×0.556-2×16.2×0.5560.5+10×（7.7-1.1）=83.224kN/m2

第7层土：

7.7-10.14m

H7'=[∑γ6h6]/γsati=[140.43]/18.8=7.47m

Pak7上=[γsat7H7'-γw（∑h6-ha）]Ka7-2c7Ka70.5+γw（∑h6-ha）=[18.8×7.47-10×（7.7-1.1）]×0.548-2×40×0.5480.5+10×（7.7-1.1）=47.569kN/m2

Pak7下=[γsat7（H7'+h7）-γw（∑h6-ha）]Ka7-2c7Ka70.5+γw（∑h6-ha）=[18.8×（7.47+2.44）-10×（10.14-1.1）]×0.548-2×40×0.5480.5+10×（10.14-1.1）=83.736kN/m2

第8层土：

10.14-12m

H8'=[∑γ7h7]/γsati=[186.302]/18.7=9.963m

Pak8上=[γsat8H8'-γw（∑h7-ha）]Ka8-2c8Ka80.5+γw（∑h7-ha）=[18.7×9.963-10×（10.14-1.1）]×0.548-2×40×0.5480.5+10×（10.14-1.1）=83.736kN/m2

Pak8下=[γsat8（H8'+h8）-γw（∑h7-ha）]Ka8-2c8Ka80.5+γw（∑h7-ha）=[18.7×（9.963+1.86）-10×（12-1.1）]×0.548-2×40×0.5480.5+10×（12-1.1）=111.204kN/m2

3）水平荷载

临界深度：

Z0=Pak1下h1/（Pak1上+Pak1下）=5.442×1.1/（8.695+5.442）=0.423m；

第1层土

Eak1=0.5Pak1下Z0ba=0.5×5.442×0.423×0.01=0.012kN；

aa1=Z0/3+∑h2=0.423/3+10.9=11.041m；

第2层土

Eak2=h2（Pa2上+Pa2下）ba/2=0.3×（5.442+9.298）×0.01/2=0.022kN；

aa2=h2（2Pa2上+Pa2下）/（3Pa2上+3Pa2下）+∑h3=0.3×（2×5.442+9.298）/（3×5.442+3×9.298）+10.6=10.737m；

第3层土

Eak3=h3（Pa3上+Pa3下）ba/2=1.6×（-2.825+22.076）×0.01/2=0.154kN；

aa3=h3（2Pa3上+Pa3下）/（3Pa3上+3Pa3下）+∑h4=1.6×（2×-2.825+22.076）/（3×-2.825+3×22.076）+9=9.455m；

第4层土

Eak4=h4（Pa4上+Pa4下）ba/2=2.3×（-46.872+-11.866）×0.01/2=-0.675kN；

aa4=h4（2Pa4上+Pa4下）/（3Pa4上+3Pa4下）+∑h5=2.3×（2×-46.872+-11.866）/（3×-46.872+3×-11.866）+6.7=8.078m；

第5层土

Eak5=h5（Pa5上+Pa5下）ba/2=1.3×（11.905+31.544）×0.01/2=0.282kN；

aa5=h5（2Pa5上+Pa5下）/（3Pa5上+3Pa5下）+∑h6=1.3×（2×11.905+31.544）/（3×11.905+3×31.544）+5.4=5.952m；

第6层土

Eak6=h6（Pa6上+Pa6下）ba/2=1.1×（66.964+83.224）×0.01/2=0.826kN；

aa6=h6（2Pa6上+Pa6下）/（3Pa6上+3Pa6下）+∑h7=1.1×（2×66.964+83.224）/（3×66.964+3×83.224）+4.3=4.83m；

第7层土

Eak7=h7（Pa7上+Pa7下）ba/2=2.44×（47.569+83.736）×0.01/2=1.602kN；

aa7=h7（2Pa7上+Pa7下）/（3Pa7上+3Pa7下）+∑h8=2.44×（2×47.569+83.736）/（3×47.569+3×83.736）+1.86=2.968m；

第8层土

Eak8=h8（Pa8上+Pa8下）ba/2=1.86×（83.736+111.204）×0.01/2=1.813kN；

aa8=h8（2Pa8上+Pa8下）/（3Pa8上+3Pa8下）=1.86×（2×83.736+111.204）/（3×83.736+3×111.204）=0.886m；

土压力合力：

Eak=ΣEaki=0.012+0.022+0.154+-0.675+0.282+0.826+1.602+1.813=4.036kN；

合力作用点：

aa=Σ（aaiEaki）/Eak=（11.041×0.012+10.737×0.022+9.455×0.154+8.078×-0.675+5.952×0.282+4.83×0.826+2.968×1.602+0.886×1.813）/4.036=2.082m；

2、被动土压力计算

1）被动土压力系数

Kp1=tan2（45°+φ1/2）=tan2（45+15.4/2）=1.723；

Kp2=tan2（45°+φ2/2）=tan2（45+15.4/2）=1.723；

Kp3=tan2（45°+φ3/2）=tan2（45+15.1/2）=1.705；

Kp4=tan2（45°+φ4/2）=tan2（45+16.6/2）=1.8；

Kp5=tan2（45°+φ5/2）=tan2（45+17/2）=1.826；

Kp6=tan2（45°+φ6/2）=tan2（45+17/2）=1.826；

2）土压力、地下水产生的水平荷载

第1层土：

3.4-4.6m

H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/19=0m

Ppk1上=γ1H1'Kp1+2c1Kp10.5=19×0×1.723+2×55.8×1.7230.5=146.49kN/m2

Ppk1下=γ1（h1+H1'）Kp1+2c1Kp10.5=19×（1.2+0）×1.723+2×55.8×1.7230.5=185.774kN/m2

第2层土：

4.6-5.3m

H2'=[∑γ1h1]/γsati=[22.8]/19=1.2m

Ppk2上=[γsat2H2'-γw（∑h1-hp）]Kp2+2c2Kp20.5+γw（∑h1-hp）=[19×1.2-10×（1.2-1.2）]×1.723+2×55.8×1.7230.5+10×（1.2-1.2）=185.774kN/m2

Ppk2下=[γsat2（H2'+h2）-γw（∑h1-hp）]Kp2+2c2Kp20.5+γw（∑h1-hp）=[19×（1.2+0.7）-10×（1.9-1.2）]×1.723+2×55.8×1.7230.5+10×（1.9-1.2）=203.629kN/m2

第3层土：

5.3-6.6m

H3'=[∑γ2h2]/γsati=[36.1]/18.7=1.93m

Ppk3上=[γsat3H3'-γw（∑h2-hp）]Kp3+2c3Kp30.5+γw（∑h2-hp）=[18.7×1.93-10×（1.9-1.2）]×1.705+2×40.2×1.7050.5+10×（1.9-1.2）=161.583kN/m2

Ppk3下=[γsat3（H3'+h3）-γw（∑h2-hp）]Kp3+2c3Kp30.5+γw（∑h2-hp）=[18.7×（1.93+1.3）-10×（3.2-1.2）]×1.705+2×40.2×1.7050.5+10×（3.2-1.2）=193.867kN/m2

第4层土：

6.6-7.7m

H4'=[∑γ3h3]/γsati=[60.41]/18.6=3.248m

Ppk4上=[γsat4H4'-γw（∑h3-hp）]Kp4+2c4Kp40.5+γw（∑h3-hp）=[18.6×3.248-10×（3.2-1.2）]×1.8+2×16.2×1.80.5+10×（3.2-1.2）=136.212kN/m2

Ppk4下=[γsat4（H4'+h4）-γw（∑h3-hp）]Kp4+2c4Kp40.5+γw（∑h3-hp）=[18.6×（3.248+1.1）-10×（4.3-1.2）]×1.8+2×16.2×1.80.5+10×（4.3-1.2）=164.24kN/m2

第5层土：

7.7-10.14m

H5'=[∑γ4h4]/γsati=[80.87]/18.8=4.302m

Ppk5上=[γsat5H5'-γw（∑h4-hp）]Kp5+2c5Kp50.5+γw（∑h4-hp）=[18.8×4.302-10×（4.3-1.2）]×1.826+2×40×1.8260.5+10×（4.3-1.2）=230.18kN/m2

Ppk5下=[γsat5（H5'+h5）-γw（∑h4-hp）]Kp5+2c5Kp50.5+γw（∑h4-hp）=[18.8×（4.302+2.44）-10×（6.74-1.2）]×1.826+2×40×1.8260.5+10×（6.74-1.2）=293.788kN/m2

第6层土：

10.14-12m

H6'=[∑γ5h5]/γsati=[126.742]/18.7=6.778m

Ppk6上=[γsat6H6'-γw（∑h5-hp）]Kp6+2c6Kp60.5+γw（∑h5-hp）=[18.7×6.778-10×（6.74-1.2）]×1.826+2×40×1.8260.5+10×（6.74-1.2）=293.786kN/m2

Ppk6下=[γsat6（H6'+h6）-γw（∑h5-hp）]Kp6+2c6Kp60.5+γw（∑h5-hp）=[18.7×（6.778+1.86）-10×（8.6-1.2）]×1.826+2×40×1.8260.5+10×（8.6-1.2）=341.935kN/m2

3）水平荷载

第1层土

Epk1=bah1（Pp1上+Pp1下）/2=0.01×1.2×（146.49+185.774）/2=1.994kN；

ap1=h1（2Pp1上+Pp1下）/（3Pp1上+3Pp1下）+∑h2=1.2×（2×146.49+185.774）/（3×146.49+3×185.774）+7.4=7.976m；

第2层土

Epk2=bah2（Pp2上+Pp2下）/2=0.01×0.7×（185.774+203.629）/2=1.363kN；

ap2=h2（2Pp2上+Pp2下）/（3Pp2上+3Pp2下）+∑h3=0.7×（2×185.774+203.629）/（3×185.774+3×203.629）+6.7=7.045m；

第3层土

Epk3=bah3（Pp3上+Pp3下）/2=0.01×1.3×（161.583+193.867）/2=2.31kN；

ap3=h3（2Pp3上+Pp3下）/（3Pp3上+3Pp3下）+∑h4=1.3×（2×161.583+193.867）/（3×161.583+3×193.867）+5.4=6.03m；

第4层土

Epk4=bah4（Pp4上+Pp4下）/2=0.01×1.1×（136.212+164.24）/2=1.652kN；

ap4=h4（2Pp4上+Pp4下）/（3Pp4上+3Pp4下）+∑h5=1.1×（2×136.212+164.24）/（3×136.212+3×164.24）+4.3=4.833m；

第5层土

Epk5=bah5（Pp5上+Pp5下）/2=0.01×2.44×（230.18+293.788）/2=6.392kN；

ap5=h5（2Pp5上+Pp5下）/（3Pp5上+3Pp5下）+∑h6=2.44×（2×230.18+293.788）/（3×230.18+3×293.788）+1.86=3.031m；

第6层土

Epk6=bah6（Pp6上+Pp6下）/2=0.01×1.86×（293.786+341.935）/2=5.912kN；

ap6=h6（2Pp6上+Pp6下）/（3Pp6上+3Pp6下）=1.86×（2×293.786+341.935）/（3×293.786+3×341.935）=0.907m；

土压力合力：

Epk=ΣEpki=1.994+1.363+2.31+1.652+6.392+5.912=19.623kN；

合力作用点：

ap=Σ（apiEpki）/Epk=（7.976×1.994+7.045×1.363+6.03×2.31+4.833×1.652+3.031×6.392+0.907×5.912）/19.623=3.677m；

3、基坑内侧土反力计算

1）主动土压力系数

Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-15.4/2）=0.58；

Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-15.4/2）=0.58；

Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-15.1/2）=0.587；

Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-16.6/2）=0.556；

Ka5=tan2（45°-φ5/2）=tan2（45-17/2）=0.548；

Ka6=tan2（45°-φ6/2）=tan2（45-17/2）=0.548；

2）土压力、地下水产生的水平荷载

第1层土：

3.4-4.6m

H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/19=0m

Psk1上=（0.2φ12-φ1+c1）∑h0（1-∑h0/ld）υ/υb+γ1H1'Ka1=（0.2×15.42-15.4+55.8）×0×（1-0/8.6）×0.012/0.012+19×0×0.58=0kN/m2

Psk1下=（0.2φ12-φ1+c1）∑h1（1-∑h1/ld）υ/υb+γ1（h1+H1'）Ka1=（0.2×15.42-15.4+55.8）×1.2×（1-1.2/8.6）×0.012/0.012+19×（0+1.2）×0.58=103.916kN/m2

第2层土：

4.6-5.3m

H2'=[∑γ1h1]/γsati=[22.8]/19=1.2m

Psk2上=（0.2φ22-φ2+c2）∑h1（1-∑h1/ld）υ/υb+[γsat2H2'-γw（∑h1-hp）]Kp2+γw（∑h1-hp）=（0.2×15.42-15.4+55.8）×1.2×（1-1.2/8.6）×12/12+[19×1.2-10×（1.2-1.2）]×0.58+10×（1.2-1.2）=103.916kN/m2

Psk2下=（0.2φ22-φ2+c2）∑h2（1-∑h2/ld）υ/υb+[γsat2（H2'+h2）-γw（∑h2-hp）]Kp2+γw（∑h2-hp）=（0.2×15.42-15.4+55.8）×1.9×（1-1.9/8.6）×12/12+[19×（1.2+0.7）-10×（1.9-1.2）]×0.58+10×（1.9-1.2）=153.89kN/m2

第3层土：

5.3-6.6m

H3'=[∑γ2h2]/γsati=[36.1]/18.7=1.93m

Psk3上=（0.2φ32-φ3+c3）∑h2（1-∑h2/ld）υ/υb+[γsat3H3'-γw（∑h2-hp）]Kp3+γw（∑h2-hp）=（0.2×15.12-15.1+40.2）×1.9×（1-1.9/8.6）×12/12+[18.7×1.93-10×（1.9-1.2）]×0.587+10×（1.9-1.2）=128.732kN/m2

Psk3下=（0.2φ32-φ3+c3）∑h3（1-∑h3/ld）υ/υb+[γsat3（H3'+h3）-γw（∑h3-hp）]Kp3+γw（∑h3-hp）=（0.2×15.12-15.1+40.2）×3.2×（1-3.2/8.6）×12/12+[18.7×（1.93+1.3）-10×（3.2-1.2）]×0.587+10×（3.2-1.2）=185.777kN/m2

第4层土：

6.6-7.7m

H4'=[∑γ3h3]/γsati=[60.41]/18.6=3.248m

Psk4上=（0.2φ42-φ4+c4）∑h3（1-∑h3/ld）υ/υb+[γsat4H4'-γw（∑h3-hp）]Kp4+γw（∑h3-hp）=（0.2×16.62-16.6+16.2）×3.2×（1-3.2/8.6）×12/12+[18.6×3.248-10×（3.2-1.2）]×0.556+10×（3.2-1.2）=152.402kN/m2