测算钢板桩施工相关数据的方法

 

　　相关参数：土 :容重 15 000 N/m³;摩擦角 20°;粘结力 10 000 N/㎡;淤泥质黏土 :容重 14 000 N/m³;摩擦角 14°;粘结力 10 000 N/㎡;硬塑状淤泥 :容重 15000 N/m³;摩擦角 16°;粘结力 12000 N/㎡;考虑施工时机械挖土,均布荷载为 30 000 N/m。

 

　　1、计算各层土压力：利用库仑土压力公式 ,主动土压力为 :Pan = (Q0 + ∑Ri Hi ) tg2 (45°-γ/ 2)-2 Cn tg(45°-γ/ 2)。被动土压力为 :Pan = ∑Ri Hi tg2 (45°+ γ/ 2)+ 2 Cn tg(45°+ γ/ 2)。

 

　　其中 , Q0=30 000 N/m; Ri为第 i层的天然容重 ; Hi为第 i层土的厚度 ;γ, Cn分别为土层的摩擦角和粘聚力。将参数代数代入求得各土层的土压力 ,如图 2所示。并根据主动土压力和被动土压力关系求出反弯点位置为 C ,距离开挖面 2.916 9 m。

 

　　2、计算支撑反力：计算第一层支撑反力时 ,以 A点以上部分各种力对 A点的矩为 0,求得 : F1=21745 N/m。计算第二层时 ,以 B点以上部分各种力对 B点的矩为 0 ,此时 F1为已知 ,求得 :F2=79 095N/m。计算第三层时以反弯点 C以上部分各种力对 C点的矩为 0,求得 : F3=152 402 N/m。

 

　　3、计算反弯点支持力：P0 C点以上各种力的合力差即为 P0,求得 : P0=69809 N/m。

 

　　4、计算钢板桩嵌入深度tk及钢板桩总长：瑞马钢板桩公司专家指出以反弯点以下力矩平衡为 0,即 tk = 土压力 ; an为∑Pan*an (Pa为被动土压力作用中心到D的距离)，求得tk ;钢板桩总长 : L =0.1 +7.5 +2.917 +1.2 ×5.908 4=17.6 m,采用 18 m钢板桩。

 

　　5、计算支撑钢管受力：采用两跨连续梁结构, 则钢管支撑力 : FN = 1. 3 ×152 402 × 4.5 =89.05 ×104 N。钢管支撑选用直径 478 mm、壁厚 12 mm。则钢管惯性矩 J = π/ 32 ×0. 634 ×[1 -(454/478 )4] = 0. 002 225 36 m4。则λp =π( E/σp)0.5 =99.34。而λ= uL/ (J/ A ) 0. 5 =55. 6 (u取 1 ,L = 12. 8 m)。因为 λ<λp ,不按照压失稳构件考虑。则 P =σ×A = 378 ×104 N,满足要求。

 

　　6、验算H型钢受力：H型钢选用 0. 4 ×0. 4 ×0. 021 ×0. 013。 H型钢的最大弯矩 M = 0. 070 ×152 402 ×4.52 =216 029 m3。 H型钢的抵抗矩 W = 0. 003 268 m3。则σmax = M/ W = 66 ×106 < 215 ×106。验算刚度 : f =0. 521 ×152 402 ×4. 54 / 100 EI = 0. 002 372 <4.5/400=0.011 25, 所以H型钢满足要求。

 

　　7、计算钢板桩的受力：选用拉森 Ⅴ形钢板桩 :根据计算 W = 520 ×10 -8m4。钢板桩抵抗最大弯矩力 Mmax = (520 ×10 -6 ×210 ×106) ×2= 218 400 N•m。按照简支梁计算各段最大弯矩 ,经计算最大弯矩发生在8.251 6 m处 ，其值为 M max (延长米 ) =171 125 N•m<218 400 N•m,满足要求。由于允许钢板桩一定变形 ,钢板桩不进行刚度验算。