长江大桥主塔基坑支护方案咨询报告

长江大桥主塔基坑支护方案

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长江公路大桥主塔基坑支护方案 咨询报告

目 录

第一部分 基坑支护方案 ............................................ 1

1、工程概况 ............................................................ 1 2、场地工程地质与水文地质条件 .......................................... 1

2.1 工程地质条件 .................................................................................................................................................... 1 2.2水文地质条件 ..................................................................................................................................................... 2

3、场地周边环境 ........................................................ 3 4、基坑支护方案 ........................................................ 3

4.1设计依据 ............................................................................................................................................................. 3 4.2设计原则 ............................................................................................................................................................. 3 4.3 基坑围护方案 .................................................................................................................................................... 4

5、施工方案及要求 ...................................................... 5

5.1 降水及排水 ........................................................................................................................................................ 5 5.2 土方开挖 ............................................................................................................................................................ 5 5.3基坑支护施工技术参数 ..................................................................................................................................... 5 5.4施工程序 ............................................................................................................................................................. 5

6、基坑监测方案 ........................................................ 6

6.1.观测点的布置 .................................................................................................................................................... 6 6.2监测要求 ............................................................................................................................................................. 6

7、预防及应急措施 ...................................................... 7

第二部分 支护结构计算 ............................................ 8

1、土层参数 ............................................................ 8 2、结构计算 ............................................................ 9

2.1 工况一：开挖至第一道支撑向下1m时 .......................................................................................................... 9 2.2 工况二：开挖至第二层支撑向下1m处且第二层支撑未安装时 ................................................................ 15 2.3 工况三：开挖至设计封底混凝土底标高位置且未浇筑封底混凝土时 ...................................................... 27 2.4 工况四：封底混凝土达到设计强度，拆除第二道支撑时 .......................................................................... 46

3、主要结论 ........................................................... 50

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第一部分 基坑支护方案

1、工程概况

长江公路大桥工程主桥采用2×1080.0m三塔两跨式悬索桥，三塔悬索桥分跨为（390+1080+1080+390）m，南塔基础采用群桩基础，单桩直径为2.8m。承台为哑铃型，两承台之间用系梁相连。塔身包括上塔柱、下塔柱和上横梁、下横梁，采用C50混凝土。塔顶高程为+180.0m，塔柱底高程为+8.3m。本次支护为南塔基础基坑，基坑长81米，宽37米，大面积挖深为7.6米，周边环境比较简单。基坑侧壁安全等级为二级，基坑工程重要性等级为三级。

2、场地工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

本场区属于长江下游新三角洲冲积地貌，场区地势平坦。根据钻探、波速测试资料，场地土层自上而下可概括为：上部全新统松散层类（第一、二大层，厚度38.2～41.0m）、上更新统粘性土和砂性土类（第3～6层，厚度约60m）以及中更新统粉砂、砾砂及卵砾石层（长7～层，厚约50m），未钻穿。

各土层工程特性简介如下：

（1）第四系全新统（Q4）：主要由细颗粒沉积物组成，灰黄色～青灰色，主要为淤泥质亚粘土、粉细砂。

1-1 亚粘土：黄灰色、灰色、褐黄色，可塑状态，局部软塑，中等偏高压缩性，粉性重，局部夹粉砂薄层，土性欠均匀，上部0.5m含新鲜植物根系。层顶埋深0.8～2.2m，层厚0.80～2.20m。

1-2 淤泥质亚粘土：灰色，局部灰黄色，流塑状态，高孔隙比，高压缩性，夹粉砂薄层，局部具层理，偶夹腐植物，该层层顶埋深0.8～2.2m，层厚7.45～12.1m。

1-3 亚砂土、粉砂：灰色，稍密（松散），很湿（饱和状态），局部夹亚粘土薄层，主要矿物成分为石英、长石，分选性较差，局部夹腐植物，偶含贝壳碎片；层顶标高-6.11～-10.29m，层厚3.10～5.7m，层位稳定，分布连续。

2-4 粉砂、局部细砂：灰色，稍密～中密状态，饱和，含云母，分选性较好，主要矿

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物成分为石英、长石，层顶标高-10.14～-15.46m，层底标高-30.24～-33.66m，层位稳定，分布连续。

2-6a: 亚砂土：灰色，湿，中密状态，局部密实，含云母及少量贝壳碎片，局部粘粒含量高，夹亚粘土薄层，亚粘土层呈中等偏压缩性，局部混粉砂，偶夹腐植物。层顶标高-31.24～-37.49m，层厚3.50～6.70m，层位稳定，分布连续。

（2）第四系上更新统（Q3）：上部颗粒较细，为粘性土及粉细砂，下部变粗，岩性为中砂夹小砾石。

（3）第四系中更新统（Q2）：上部为细粒土，下部以粗颗粒为主，主要为粉细砂、中粗砂、砾石及卵砾石层，土质良好。

在开挖深度范围内，主要为1-1亚粘土、1-2淤泥质亚粘土。根据岩土工程勘察报告，与基坑开挖和支护有关的各土层的主要物理力学指标见表1.1。

场地基坑开挖各土层主要物理力学指标参数表 表1.1 土层 0 1-1 1-2 1-3 重度γ(kN/m) （17.0） 17.6 18.1 19.1 3直剪指标 c(kPa) （10.0） 15.0 13.0 13.0 φ(度) （12.0） 12.0 6.9 32.1 塑性指数 IP 21.1 13.1 10.1 液性指数 IL 0.61 1.53 0.96 土层名称 备 注 素填土 亚粘土 淤泥质亚粘土 亚砂土 注：（）内为经验值；0层为回填土；1-2土层为直剪固快指标，其他土层指标为直剪快剪指标。 2.2水文地质条件

根据《长江三角洲地区江苏省域水文地质工程地质综合评价》（江苏省地质矿产局第一水文地质工程地质大队，1985.9），桥位区揭露的地下水类型为松散岩类孔隙水，按地层时代及岩性划分为三个亚类，分别为潜水、上更新统承压水、中更新统承压水。其中潜水含水组地层属全新统，为河口三角洲相，土层为灰黄、灰色亚粘土、亚砂土、粉砂与亚砂土互层及粉细砂，水平层理发育，局部呈千层饼状。该层单日涌水量100～1000吨/日，据区域资料，该处潜水为淡水，矿化度小于1，水质类型以重碳酸氯化物型为主。

南塔墩主要含水层分为三类：浅层潜水含水层、中部弱承压含水层及下部承压含水层。与围堰支护有关的主要为浅部潜水含水层，主要含水地层为2-4层粉砂、细砂。平均厚度

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约20m。其主要特征是：

（1）含水层上部直接与长江水接触，接受长江水补给；

（2）含水层主要为粉砂细砂，局部夹亚粘土薄层，渗透系数一般在6×10E-4～1.2×10E-3cm/s ；

（3）其主要迳流为层间迳流，排泄方式为上部向下部含水层排泄及上游向下游排泄。 本场地地下水比较丰富，需要进行降水。

3、场地周边环境

南塔所在区地江下游扬中侧江边，场址区中心桩号距长江江边约20m，东邻长江，长江岸坡向东侧缓倾，距岸边50m以外水深大于10m，沿桥址区轴线方向长江水深逐渐变深，西侧距大堤约180m，大堤标高8m左右，大堤以西分布大量民房。

4、基坑支护方案

4.1设计依据

1）、建设方提供的有关设计图纸（包括基坑应开挖的深度，基坑的平面形状和尺寸）； 2）、《详细工程地质勘察报告》； 3）、场地的环境条件；

4）、邻近基坑支护工程成功的方案经验； 5）、基坑支护设计采用的规范及规程： 《基坑工程手册》

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99） 《钢结构设计规范》（GB 50017━2003） 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

4.2设计原则

1）、保证基坑开挖的施工安全，确保基坑支护结构安全；

2）、确保基坑开挖及承台施工过程中，周边防洪大堤、施工便道和施工码头的正常使用；

3）、经济合理，施工周期短，施工方便；

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4）、方案实施过程中，如现场条件变化，施工单位必须及时向有关单位提出，并及时根据实施情况进行方案调整，确保方案的完整性，取得较好的实施效果，以达预期目标。

4.3 基坑围护方案

本场地地面标高为+2.8～+3.0m，围堰顶标高为+6.0m，先填筑至标高+5.0m，然后开挖。承台底标高-1.70m，封底混凝土厚0.6～1.0m，按0.8m考虑，碎石垫层厚10cm，基坑大面积挖深为7.6m，周边环境比较简单。基坑侧壁安全等级为二级。

综合考虑地质、环境、挖深等诸方面因素，本着\"安全可靠、经济合理、施工方便\"的原则,本基坑拟采用的支护方案采用锁口钢管桩作围堰后进行承台施工，即采用机械将锁口钢管桩助沉至设计位置及高程，然后挖土并支设内支撑、封底，从而形成深基坑施工的挡土防水结构，实现承台干施工的目的。

（1）围堰结构布置

围堰采用Φ800×10mm钢管桩整根打入，钢管总长18.4m，顶标高+6.0m。围堰分别在+5.0m和+1.3m处设有两道内支撑。

（2）围堰设计 1）连接形式

在钢管桩上分别焊制锁口阴头和阳头，阴头和阳头可以成180°，也可以根据施工需要任意确定两者的角度。如下图所示：

2）锁口止水工艺及原理

地面以下钢管桩锁口内充满泥土，根据地质资料显示，该部分土的渗透系数比较小，可以视为天然止水材料。

滩地面向上部分在汛期长江水位上涨后，拟采用注浆止水。

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3）围堰内支撑设置

围堰共设二层支撑，第一层支撑在承台顶面以上70cm处（标高+5.0m），桩基施工完成后挖除部分土后设置。为安装方便并满足受力要求，需要在井字支撑的节点设立柱支撑，防止井字支撑上拱、下挠，立柱预埋在灌注桩或封底混凝土之中。

第二层支撑在标高+1.3m处，通过围囹支撑在桩基钢护筒上。第二层支撑设好后，高压水破土至碎石垫层底标高（-2.6m），铺碎石，进行干封底施工。

5、施工方案及要求

5.1 降水及排水

因该围堰支护紧邻长江，且土方开挖时间为7月至9月，跨越汛期。故需考虑降水。 1) 基坑内侧布置两排深井井点降水，重力集水，潜水泵抽水，有水即抽，防止江水补给过快、汛期基坑内外水头差过高，影响基坑安全及承台的施工。

2) 开挖时坑内采用明沟排水，防止雨天因汇水过快造成淹坑、泡坑，保持坑内干燥。

5.2 土方开挖

1) 土方开挖分层、分区进行，台阶状后退挖土，不得超挖，避免土方开挖过快影响基坑安全。

2) 土方开挖应按照先开挖位移控制要求比较低的区域，后开挖位移控制要求比较严格的区域为原则。开挖最下一层土方后，及时浇筑封底混凝土，封底混凝土直接浇捣至围护桩内侧面，使其能够起到支撑作用，以减小桩体位移对周围环境所可能造成的有害影响。

3）基坑周围严禁堆放大型材料、设备及行走重载车。建筑用材料须及时转运至坑内。

5.3基坑支护施工技术参数

围堰采用Φ800×10mm钢管桩整根打入，钢管总长18.4m，间距0.975m，内支撑共两层：一层支撑采用Φ630×8mm钢管，围檩采用2HM44×30cm型钢；二层采用Φ800×10mm钢管，围檩采用加强型2HM58.8×30cm型钢，四角设斜撑。为减少内支撑长细比，采用水平和竖向连杆与内支撑相连，连杆采用Φ630×8mm钢管，承台施工前采用桁架置换竖向连杆。支撑与围檩连接处设I14牛腿。

5.4施工程序

承台施工必须按以下程序施工：

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（1）打设锁口钢管桩和竖向连杆，机械开挖围堰内土方至标高+4.0m处； （2）在标高+5.0m位置设置第一道支撑，水平连杆与竖向连杆焊接；

（3）机械挖泥至标高+0.3m位置，设在标高+1.3m处设置第二道支撑，水平连杆与竖向连杆焊接；

（4）高压水破土至碎石垫层底标高，铺碎石，浇筑封底混凝土。

（5）待封底砼达到设计强度后采取桁架置换竖向连杆，拆除第二层支撑，此时围堰荷载由封底砼和上层支撑承担；

（6）浇筑完成承台后拆除上层支撑。

6、基坑监测方案

基坑监测包括对环境的保护监测和对本围护体系的安全监测，及时预报施工过程中可能出现的问题，通过信息反馈法指导施工，防止意外事件的发生。

一旦监测值超出控制指标，施工单位应会同设计单位一起进行原因分析，并考虑采取相应的控制位移及沉降的措施。

6.1.观测点的布置

1) 周围地下管线和主要道路、建筑物的沉降、侧向位移监测。 2) 围护结构顶面位移、沉降监测。 3) 深层土体的位移监测。 4) 坑外、坑内水位变化监测。

采用沿基坑周边布置观测点的方法。沿基坑周围每隔15～20米设一个监测点，对基坑周围的道路每隔15～20米设一个沉降监测点，关键位置应加密观测点。

所有监测点、监测设备需加强保护，以防损坏，保证测量精度。

6.2监测要求

1) 所有监测点、监测设备需加强保护，以防损坏，保证测量精度；

2）基坑监测频率：正常开挖到底前，要求每一到三天观测一次，基坑到底后要求每天至少观测一次，如果基坑变形沉降过大，须加大观测频率。要求及时提供观测成果，反馈给设计及现场施工管理各单位，信息化指导施工。，基坑出现险情时，随时观测。整个观测周期为从基坑土方开挖到地下室侧壁回填。

3）测试单位需及时反馈测试结果给业主、监理、设计和施工单位。

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7、预防及应急措施

1) 围堰东侧离长江较近，可设置观测井，防止汛期水位突变，导致基坑开挖时出现突涌。

2) 施工现场预备一定数量的水泵，做好突降大暴雨的应急措施。

3) 如开挖过程中位移持续增大，应及时停止开挖，并及时与设计单位一起分析原因，采取对应措施。

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第二部分 支护结构计算

本工程场地已整平，本场地地面标高为+2.8～+3.0m，承台底标高-1.70m，封底混凝土厚0.6～1.0m，按0.8m考虑，碎石垫层厚10cm，垫层底标高即基坑开挖底面标高为-2.6m，场地先回填后开挖，填筑标高+5.0m，然后开挖，土方开挖深度大约为7.6m，桩长18.4m。

采用PKPM基坑支护软件进行设计计算。

1、土层参数

根据勘察报告所提供的土层物理性质指标，本设计采用的土层计算参数如表2.1。 土层计算参数表 表2.1

厚度 土 层 h（m） (KN/m^3) (kPa) γ c  ( ) o0 1-1 1-2 1-3 2.0 1.5 9.8 4.4 （17.0） 17.6 18.1 19.1 （10.0） 15.0 13.0 13.0 （12.0） 12.0 6.9 32.1 注：（）内为经验值；0层为回填土；1-2土层指标为直剪固快指标，其他为快剪指标。 第 8 页

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2、结构计算

计算时考虑地面超载q=20kPa。开挖土层主要为0层填土，1-1层亚粘土和1-2层淤泥质亚粘土。设计过程中标高皆为相对标高，桩顶标高为：0.00m，向下为负。因桩顶在地表之上1m，计算中桩长考虑17.4m，

2.1 工况一：开挖至第一道支撑向下1m时

2.1.1 计算简图

2.1.2 经典法内力计算

本计算依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)。 （1）计算参数

1）.地质勘探数据如下：

——————————————————————————————————————————— 序号 h(m)

(kN/m3) C(kPa) (°) m(kN/m4) 计算方法 土类型

1 2.00 17.00 10.00 12.00 2680 水土合算 填土 2 1.50 17.60 15.00 12.00 3180 水土合算 粘性土 3 9.80 18.10 13.00 6.90 1562 水土合算 淤泥质土 4 4.40 19.10 13.00 32.10 18698 水土分算 粉砂 ———————————————————————————————————————————

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表中：h为土层厚度(m),为土重度(kN/m3),C为内聚力(kPa),为内摩擦角(°)。

基坑外侧水标高0.00m，基坑内侧水标高-1.50m。

2）.基本计算参数：

地面标高0.00m，基坑坑底标高-1.00m， 支撑分别设置在标高 计算标高分别为-1.00m处。

侧壁重要性系数1.00。 桩墙顶标高0.00m， 桩墙嵌入深度16.40m， 桩墙计算宽度0.98m。

桩墙顶标高以上放坡级数为0级坡。

—————————————————————————— 序号 坡高m 坡宽m 坡角° 平台宽m ——————————————————————————

3）.地面超载：

————————————————————————————————————————— 序号 布置方式 作用区域 标高m 荷载值kPa 距基坑边线m 作用宽度m 1 均布荷载 基坑外侧 0.00 20.00 -- -- —————————————————————————————————————————

（2）第一阶段,挖土深1.00m，挡土桩(墙)呈悬臂状,计算过程如下：

0.00 8.07 29.59 16.63 0.00-1.00-1.50

第1阶段主动、被动水土压力合力图

1）.作用在桩(墙)的主动土压力分布： 第1层土上部标高0.00m，下部标高-1.00m

Ea1上 = (17.00×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = -3.08kN/m2(取0.0)

Ea1下 = (17.00×1.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 8.07kN/m2

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第2层土上部标高-1.00m，下部标高-1.50m

Ea2上 = (17.00×1.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 8.07kN/m2

Ea2下 = (17.00×1.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 8.07kN/m2

2）.作用在桩(墙)的被动土压力分布： 第2层土上部标高-1.00m，下部标高-1.50m

Ep2上 = (17.00×0.00)×tg2(45+12.00/2)+2×10.00×tg(45+12.00/2) = 24.70kN/m2

Ep2下 = (17.00×0.50)×tg2(45+12.00/2)+2×10.00×tg(45+12.00/2) = 37.66kN/m2

3）.土压力为零点距离坑底距离d的计算： 桩的被动、主动土压力差值系数为：

B = ((37.66-24.70)-(8.07-8.07))/0.50=25.91kN/m3 d = 0.00 = 0.00m

4）.D点以上土压力对D点的力矩与合力计算： D点以上土压力对桩(墙)土压力的合力： Ea = (0.00+8.07)×1.00/2.0 = 4.03kN/m

D点以上土压力对D点的力矩(梯形转为矩形与三角形计算)： Ma = (8.07-0.00)×1.00/2.0×(0.00+1.00/3.0) = 1.34kN.m/m

5）.悬臂桩嵌入D点以下距离t的计算： 合力Ea到D点的距离： y = 1.34/4.03 = 0.33m

根据规范4.1.1条得到桩(墙)需要的总长度为1.50m

6）.最大弯矩的计算：

而经过积分运算得到

最大正弯矩Mumax= 0.00kN.m/m，发生在标高0.00m处； 最大负弯矩Mdmax= -1.78kN.m/m，发生在标高-1.21m处。

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m

最大正弯矩Mumax=0.98×0.00=0.00kN.m，发生在标高0.00m处； 最大负弯矩Mdmax=0.98×-1.78=-1.74kN.m，发生在标高-1.21m处；

（3）计算结果

1）.计算结果

—————————————————————————————————————

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计算方法 最大正弯矩kN.m位置(m) 最大负弯矩kN.m位置(m) 剪力(kN) 位置(m) 经典法 0.0 0.0 1.7 -1.2 3.9 -1.0 —————————————————————————————————————

2）.计算结果简图

2.1.3 M法内力及位移计算

(1) 内力及位移计算

共0层支撑，支撑计算数据如下：

————————————————————————————————————— 序号 水平间距(m) 倾角(度) 刚度(kN/m) 预加力(kN) ————————————————————————————————————— 共计算1个工况,各支撑在各个工况中的支撑力如下(单位为kN)：

————————————————————————————————————— ————————————————————————————————————— 全部工况下各支撑的最大轴力如下(单位为kN)：

各工况桩(墙)的最大内力位移如下：

————————————————————————————————————— 工况号 桩顶位移 最大位移 最大正弯矩 最大负弯矩 最大正剪力 最大负剪力 (mm) (mm) (kN-m) (kN-m) (kN) (kN) 1 1.62 2.22 72.5 -36.8 61.1 -34.7

—————————————————————————————————————

全部工况下桩(墙)的最大内力位移如下： 最大桩(墙)顶部位移为： 1.6 mm 最大桩(墙)位移为： 2.2 mm 最大正弯矩为： 72.5 kN-m

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最大负弯矩为： -36.8 kN-m 最大正剪力为： 61.1 kN

最大负剪力为： -34.7 kN

（2）计算结果简图

2.1.4 桩身强度验算

钢管桩最大弯矩为 72.5 kN.m 钢管桩最大剪力为 61.1 kN 钢管桩面积为 24819 mm2

钢管桩截面抵抗矩为 4841174.5 mm3 钢管桩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

钢管桩弯曲应力 Sigma=M/W=72.5*1000000/4841174.5 =14.98< f=182 抗弯强度合格!

抗剪强度一般不需验算!

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2.1.5 整体稳定性验算

验算结果简图：

K=13.96>1.3, 满足规范要求！

2.1.6 M法抗隆起、抗倾覆、抗渗流验算

（1）抗隆起验算

按地基承载力验算抗隆起 计算的抗隆起安全系数为:22.25 达到规范规定安全系数2.00,合格!

按滑弧稳定验算抗隆起 计算的抗隆起安全系数为:9.65 达到规范规定安全系数2.00,合格! 基坑底最大隆起量为 0.01cm

（2）抗倾覆验算 验算抗倾覆稳定

计算的抗倾覆安全系数为:5.62 达到规范规定安全系数1.15,合格!

（3）抗渗流验算 验算抗渗流稳定

计算的抗渗流安全系数为:15.54

达到规范规定安全系数1.50,合格!

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2.2 工况二：开挖至第二层支撑向下1m处且第二层支撑未安装时

2.2.1 计算简图

2.2.2 经典法内力计算

本计算依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)。 （1）计算参数

1）.地质勘探数据如下：

——————————————————————————————————————————— 序号 h(m)

(kN/m3) C(kPa) (°) m(kN/m4) 计算方法 土类型

1 2.00 17.00 10.00 12.00 2680 水土合算 填土 2 1.50 17.60 15.00 12.00 3180 水土合算 粘性土 3 9.80 18.10 13.00 6.90 1562 水土合算 淤泥质土 4 4.40 19.10 13.00 32.10 18698 水土分算 粉砂 ——————————————————————————————————————————— 表中：h为土层厚度(m),

为土重度(kN/m3),C为内聚力(kPa),为内摩擦角(°)。

基坑外侧水标高0.00m，基坑内侧水标高-5.20m。

2）.基本计算参数：

地面标高0.00m，基坑坑底标高-4.70m，

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支撑分别设置在标高0.00m处， 计算标高分别为-0.50m、-4.70m处。

侧壁重要性系数1.00。 桩墙顶标高0.00m， 桩墙嵌入深度12.70m， 桩墙计算宽度0.98m。

桩墙顶标高以上放坡级数为0级坡。

—————————————————————————— 序号 坡高m 坡宽m 坡角° 平台宽m ——————————————————————————

3）.地面超载：

————————————————————————————————————————— 序号 布置方式 作用区域 标高m 荷载值kPa 距基坑边线m 作用宽度m 1 均布荷载 基坑外侧 0.00 20.00 -- -- —————————————————————————————————————————

（2）第一阶段,挖土深0.50m，挡土桩(墙)呈悬臂状,计算过程如下：

2.49 0.00 22.21 61.09 0.00-0.50-2.00

第1阶段主动、被动水土压力合力图

1).作用在桩(墙)的主动土压力分布： 第1层土上部标高0.00m，下部标高-0.50m

Ea1上 = (17.00×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = -3.08kN/m2(取0.0)

Ea1下 = (17.00×0.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 2.49kN/m2

第2层土上部标高-0.50m，下部标高-2.00m

Ea2上 = (17.00×0.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 2.49kN/m2

Ea2下 = (17.00×0.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 2.49kN/m2

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2).作用在桩(墙)的被动土压力分布： 第2层土上部标高-0.50m，下部标高-2.00m

Ep2上 = (17.00×0.00)×tg2(45+12.00/2)+2×10.00×tg(45+12.00/2) = 24.70kN/m2

Ep2下 = (17.00×1.50)×tg2(45+12.00/2)+2×10.00×tg(45+12.00/2) = 63.58kN/m2

3).土压力为零点距离坑底距离d的计算： 桩的被动、主动土压力差值系数为：

B = ((63.58-24.70)-(2.49-2.49))/1.50=25.92kN/m3 d = 0.00 = 0.00m

4).D点以上土压力对D点的力矩与合力计算： D点以上土压力对桩(墙)土压力的合力： Ea = (0.00+2.49)×0.50/2.0 = 0.62kN/m

D点以上土压力对D点的力矩(梯形转为矩形与三角形计算)： Ma = (2.49-0.00)×0.50/2.0×(0.00+0.50/3.0) = 0.10kN.m/m

5).悬臂桩嵌入D点以下距离t的计算： 合力Ea到D点的距离： y = 0.10/0.62 = 0.17m

根据规范4.1.1条得到桩(墙)需要的总长度为1.00m

6).最大弯矩的计算：

而经过积分运算得到

最大正弯矩Mumax= 0.00kN.m/m，发生在标高-3.46m处； 最大负弯矩Mdmax= -0.11kN.m/m，发生在标高-0.54m处。

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m

最大正弯矩Mumax=0.98×0.00=0.00kN.m，发生在标高-3.46m处； 最大负弯矩Mdmax=0.98×-0.11=-0.11kN.m，发生在标高-0.54m处；

(3)第二阶段,挖土深4.70m，支撑分别设置在标高0.00m处，计算过程如下：

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E1 0.00 0.00 0.00 19.21 11.12 28.43 40.11 57.17 16.32 27.83 16.31-2.00-3.50-4.70-5.20 170.33-13.30

第2阶段主动、被动水土压力合力图

1).作用在桩(墙)的主动土压力分布： 第1层土上部标高0.00m，下部标高-2.00m

Ea1上 = (17.00×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = -3.08kN/m2(取0.0)

Ea1下 = (17.00×2.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 19.21kN/m2

第2层土上部标高-2.00m，下部标高-3.50m

Ea2上 = (17.00×2.00+17.60×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×15.00×tg(45-12.00/2) = 11.12kN/m2

Ea2下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×15.00×tg(45-12.00/2) = 28.43kN/m2

第3层土上部标高-3.50m，下部标高-4.70m

Ea3上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×0.00+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 40.11kN/m2

Ea3下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×1.20+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 57.17kN/m2

第4层土上部标高-4.70m，下部标高-5.20m

Ea4上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×1.20+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 57.17kN/m2

Ea4下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×1.20+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 57.17kN/m2

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第5层土上部标高-5.20m，下部标高-13.30m

Ea5上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×1.20+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 57.17kN/m2

Ea5下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×1.20+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 57.17kN/m2

2).作用在桩(墙)的被动土压力分布： 第4层土上部标高-4.70m，下部标高-5.20m

Ep4上 = (18.10×0.00)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 29.34kN/m2

Ep4下 = (18.10×0.50)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 40.86kN/m2

第5层土上部标高-5.20m，下部标高-13.30m

Ep5上 = (18.10×0.50+18.10×0.00)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 40.86kN/m2

Ep5下 = (18.10×0.50+18.10×8.10)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 227.50kN/m2

3).土压力为零点距离坑底距离d的计算： 桩的被动、主动土压力差值系数为：

B = ((227.50-40.86)-(57.17-57.17))/8.10=23.04kN/m3 d = 0.50+(57.17-40.86)/23.04 = 1.21m

4).D点以上土压力对D点的力矩与合力计算： D点以上土压力对桩(墙)土压力的合力： Ea = (0.00+19.21)×2.00/2.0+ (11.12+28.43)×1.50/2.0+ (40.11+57.17)×1.20/2.0+

(57.17-29.34+57.17-40.86)×0.50/2.0+ (57.17-40.86)×0.71/2.0 = 124.05kN/m

D点以上土压力对D点的力矩(梯形转为矩形与三角形计算)： Ma = (19.21-0.00)×2.00/2.0×(3.91+2.00/3.0)+

11.12×1.50×(2.41+1.50/2.0)+(28.43-11.12)×1.50/2.0×(2.41+1.50/3.0)+ 40.11×1.20×(1.21+1.20/2.0)+(57.17-40.11)×1.20/2.0×(1.21+1.20/3.0)+ (57.17-29.34)×0.50×(0.71+0.50/2.0)+(57.17-40.86-57.17+29.34)×0.50/2.0×(0.71+0.50/3.0)+

(57.17-40.86)×0.71/2.0×(-7.39+8.10-0.71/3.0) = 295.33kN.m/m

5).桩(墙)嵌入D点以下距离t的计算： 第1层支撑到D点距离：

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a1 = 5.91m 第1层支撑反力：

E1 = 295.33/5.91 = 49.99kN/m 假设支座D点的支撑反力：

ED = 124.05-49.99 = 74.06kN/m

根据规范4.1.1条得到桩(墙)需要的总长度为15.62m

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m E1=0.98×49.99=48.99kN ED=0.98×74.06=72.58kN

6).最大弯矩的计算：

经过积分运算得到

最大正弯矩Mumax= 114.35kN.m/m，发生在标高-3.53m处； 最大负弯矩Mdmax= -125.19kN.m/m，发生在标高-8.44m处。

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m

最大正弯矩Mumax=0.98×114.35=112.06kN.m，发生在标高-3.53m处； 最大负弯矩Mdmax=0.98×-125.19=-122.69kN.m，发生在标高-8.44m处；

（4）计算结果

1）.计算结果

————————————————————————————————————— 计算方法 最大正弯矩kN.m位置(m) 最大负弯矩kN.m位置(m) 剪力(kN) 位置(m) 经典法 111.5 -3.5 122.1 -8.4 72.1 -5.8 —————————————————————————————————————

2）.计算结果简图

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2.2.3 M法内力及位移计算

(1) 内力及位移计算 采用m法计算

共1层支撑，支撑计算数据如下：

————————————————————————————————————— 序号 水平间距(m) 倾角(度) 刚度(kN/m) 预加力(kN) 1 9.00 0.00 42976.0 0.0 ————————————————————————————————————— 共计算2个工况,各支撑在各个工况中的支撑力如下(单位为kN)：

————————————————————————————————————— 1 0.00 743.46

————————————————————————————————————— 全部工况下各支撑的最大轴力如下(单位为kN)： 1 743.46

各工况桩(墙)的最大内力位移如下：

————————————————————————————————————— 工况号 桩顶位移 最大位移 最大正弯矩 最大负弯矩 最大正剪力 最大负剪力 (mm) (mm) (kN-m) (kN-m) (kN) (kN) 1 0.33 2.14 74.3 -37.2 .5 -35.9 2 17.62 19.81 244.6 -101.2 80.6 -80.2

————————————————————————————————————— 全部工况下桩(墙)的最大内力位移如下： 最大桩(墙)顶部位移为： 17.6 mm 最大桩(墙)位移为： 19.8 mm 最大正弯矩为： 244.6 kN-m 最大负弯矩为： -101.2 kN-m 最大正剪力为： 80.6 kN

最大负剪力为： -80.2 kN （2）计算结果简图

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2.2.4 桩身强度验算

钢管桩最大弯矩为 244.6 kN.m 钢管桩最大剪力为 80.6 kN 钢管桩面积为 24819 mm2

钢管桩截面抵抗矩为 4841174.5 mm3 钢管桩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

钢管桩弯曲应力 Sigma=M/W=244.6*1000000/4841174.5 =50.52< fy=182 抗弯强度合格!

抗剪强度一般不需验算!

2.2.5 整体稳定性验算

计算结果简图：

K=4.71>1.3, 满足规范要求！

2.2.6 M法抗隆起、抗倾覆、抗渗流验算

（1）抗隆起验算

按地基承载力验算抗隆起 计算的抗隆起安全系数为:17.71 达到规范规定安全系数2.00,合格!

按滑弧稳定验算抗隆起

计算的抗隆起安全系数为:13.94

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达到规范规定安全系数2.00,合格! 基坑底最大隆起量为 0.01cm

（2）抗倾覆验算 验算抗倾覆稳定

计算的抗倾覆安全系数为:2.73 达到规范规定安全系数1.15,合格!

（3）抗渗流验算 验算抗渗流稳定

计算的抗渗流安全系数为:4.61 达到规范规定安全系数1.50,合格!

2.2.7 内支撑强度及稳定性验算

采用SMSOLVER进行内支撑内力的计算。

（1) 计算简图

（2) 计算参数

荷载条件：

单元码：1－15 类型：3（均布力） 大小：743.46/9＝82.6 距杆端1：0

方向：90

材料性质：

单元：1－15

抗拉刚度（EA）：6.296E6 抗弯刚到（EI）：2.244E5 单元：16－31,35-44 抗拉刚度（EA）：3.127E6 抗弯刚到（EI）：1.454E5

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单元：32－34 抗拉刚度（EA）：1.5E6 抗弯刚到（EI）：7.27E4

（3) 计算结果简图

结构弯矩图：

围檩最大弯矩为：433.73 结构轴力图：

斜撑最大轴力为：1158.69 对撑最大轴力为：818.63

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结构剪力图：

围檩最大剪力为：2.3

（4）对撑验算

1）.截面特性计算

A =1.563e-002 Ix =0.7272e-003 W1x=2.3086e-003

i=2.1711e-001

2）.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 52.38< f=182 对撑强度验算满足。

3）.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：13.0 平面内（外）长细比λx：59.877 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.808

平面内（外）长细比：λx=59.877 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):.83< f=182.000

平面内（外）验算满足。

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4）。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=78.75< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

（5）斜撑验算

1）.截面特性计算

A =1.563e-002 I=0.7272e-003

W=2.3086e-003 i=2.1711e-001

2）.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 74.13< f=182.000

斜撑强度验算满足。

3）.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：9.065 平面内（外）长细比λx：41.753 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.2

平面内（外）长细比：λx=41.753 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):83.11< f=182.000

平面内（外）验算满足。 4）。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=78.75< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

******验算满足。******

====== 计算结束 ======

(6) 围檩强度验算

围檩面积为 31480 mm2

围檩截面抵抗矩为 5100000 mm3

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围檩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

围檩弯曲应力 Sigma=M/W=433.73*1000000/5100000=85 围檩压应力 S1=N/A=1163000/31480=37 组合应力 S=85+37=122< fy=182 故，围檩强度满足要求! 抗剪强度一般不需验算!

2.3 工况三：开挖至设计封底混凝土底标高位置且未浇筑封底混凝土时

2.3.1 计算简图

2.3.2 经典法内力计算

本计算依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)。 （1）计算参数

1）.地质勘探数据如下：

——————————————————————————————————————————— 序号 h(m)

(kN/m3) C(kPa) (°) m(kN/m4) 计算方法 土类型

1 2.00 17.00 10.00 12.00 2680 水土合算 填土 2 1.50 17.60 15.00 12.00 3180 水土合算 粘性土 3 9.80 18.10 13.00 6.90 1562 水土合算 淤泥质土 4 4.40 19.10 13.00 32.10 18698 水土分算 粉砂 ———————————————————————————————————————————

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表中：h为土层厚度(m),为土重度(kN/m3),C为内聚力(kPa),为内摩擦角(°)。

基坑外侧水标高0.00m，基坑内侧水标高-8.10m。

2）.基本计算参数：

地面标高0.00m，基坑坑底标高-7.60m， 支撑分别设置在标高0.00m、-3.70m处， 计算标高分别为-0.50m、-4.20m、-7.60m处。

侧壁重要性系数1.00。 桩墙顶标高0.00m， 桩墙嵌入深度9.80m， 桩墙计算宽度0.98m。

桩墙顶标高以上放坡级数为0级坡。

—————————————————————————— 序号 坡高m 坡宽m 坡角° 平台宽m —————————————————————————— 3）.地面超载：

————————————————————————————————————————— 序号 布置方式 作用区域 标高m 荷载值kPa 距基坑边线m 作用宽度m 1 均布荷载 基坑外侧 0.00 20.00 -- -- —————————————————————————————————————————

（2）第一阶段,挖土深0.50m，挡土桩(墙)呈悬臂状,计算过程如下：

2.49 0.00 22.21 61.09 0.00-0.50-2.00

第1阶段主动、被动水土压力合力图

1）.作用在桩(墙)的主动土压力分布： 第1层土上部标高0.00m，下部标高-0.50m

Ea1上 = (17.00×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = -3.08kN/m2(取0.0)

Ea1下 = (17.00×0.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 2.49kN/m2

第2层土上部标高-0.50m，下部标高-2.00m

Ea2上 = (17.00×0.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 2.49kN/m2

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Ea2下 = (17.00×0.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 2.49kN/m2

2）.作用在桩(墙)的被动土压力分布： 第2层土上部标高-0.50m，下部标高-2.00m

Ep2上 = (17.00×0.00)×tg2(45+12.00/2)+2×10.00×tg(45+12.00/2) = 24.70kN/m2

Ep2下 = (17.00×1.50)×tg2(45+12.00/2)+2×10.00×tg(45+12.00/2) = 63.58kN/m2

3）.土压力为零点距离坑底距离d的计算： 桩的被动、主动土压力差值系数为：

B = ((63.58-24.70)-(2.49-2.49))/1.50=25.92kN/m3 d = 0.00 = 0.00m

4）.D点以上土压力对D点的力矩与合力计算： D点以上土压力对桩(墙)土压力的合力： Ea = (0.00+2.49)×0.50/2.0 = 0.62kN/m

D点以上土压力对D点的力矩(梯形转为矩形与三角形计算)： Ma = (2.49-0.00)×0.50/2.0×(0.00+0.50/3.0) = 0.10kN.m/m

5）.悬臂桩嵌入D点以下距离t的计算： 合力Ea到D点的距离： y = 0.10/0.62 = 0.17m

根据规范4.1.1条得到桩(墙)需要的总长度为1.00m

6）.最大弯矩的计算：

而经过积分运算得到

最大正弯矩Mumax= 0.00kN.m/m，发生在标高-6.20m处； 最大负弯矩Mdmax= -0.11kN.m/m，发生在标高-0.54m处。

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m

最大正弯矩Mumax=0.98×0.00=0.00kN.m，发生在标高-6.20m处； 最大负弯矩Mdmax=0.98×-0.11=-0.11kN.m，发生在标高-0.54m处；

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（3）第二阶段,挖土深4.20m，支撑分别设置在标高0.00m处，计算过程如下：

E1 0.00 0.00 0.00 19.21 11.12E2 -3.70 28.43 4 50.110.06 20.72-2.00-3.50-4.20 69.14-8.10

第2阶段主动、被动水土压力合力图

1）.作用在桩(墙)的主动土压力分布： 第1层土上部标高0.00m，下部标高-2.00m

Ea1上 = (17.00×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = -3.08kN/m2(取0.0)

Ea1下 = (17.00×2.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 19.21kN/m2

第2层土上部标高-2.00m，下部标高-3.50m

Ea2上 = (17.00×2.00+17.60×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×15.00×tg(45-12.00/2) = 11.12kN/m2

Ea2下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×15.00×tg(45-12.00/2) = 28.43kN/m2

第3层土上部标高-3.50m，下部标高-4.20m

Ea3上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×0.00+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 40.11kN/m2

Ea3下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×0.70+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 50.06kN/m2

第4层土上部标高-4.20m，下部标高-8.10m

Ea4上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×0.70+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 50.06kN/m2

Ea4下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×0.70+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 50.06kN/m2

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2）.作用在桩(墙)的被动土压力分布： 第4层土上部标高-4.20m，下部标高-8.10m

Ep4上 = (18.10×0.00)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 29.34kN/m2

Ep4下 = (18.10×3.90)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 119.20kN/m2

3）.土压力为零点距离坑底距离d的计算： 桩的被动、主动土压力差值系数为：

B = ((119.20-29.34)-(50.06-50.06))/3.90=23.04kN/m3 d = (50.06-29.34)/23.04 = 0.90m

4）.D点以上土压力对D点的力矩与合力计算： D点以上土压力对桩(墙)土压力的合力： Ea = (0.00+19.21)×2.00/2.0+ (11.12+28.43)×1.50/2.0+ (40.11+50.06)×0.70/2.0+ (50.06-29.34)×0.90/2.0 = .75kN/m

D点以上土压力对D点的力矩(梯形转为矩形与三角形计算)： Ma = (19.21-0.00)×2.00/2.0×(3.10+2.00/3.0)+

11.12×1.50×(1.60+1.50/2.0)+(28.43-11.12)×1.50/2.0×(1.60+1.50/3.0)+ 40.11×0.70×(0.90+0.70/2.0)+(50.06-40.11)×0.70/2.0×(0.90+0.70/3.0)+ (50.06-29.34)×0.90/2.0×(-3.00+3.90-0.90/3.0) = 183.41kN.m/m

5）.桩(墙)嵌入D点以下距离t的计算： 第1层支撑到D点距离： a1 = 5.10m 第1层支撑反力：

E1 = 183.41/5.10 = 35.97kN/m 假设支座D点的支撑反力：

ED = .75-35.97 = 53.79kN/m

根据规范4.1.1条得到桩(墙)需要的总长度为15.00m

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m E1=0.98×35.97=35.25kN ED=0.98×53.79=52.71kN

6）.最大弯矩的计算： 而经过积分运算得到

最大正弯矩Mumax= 68.39kN.m/m，发生在标高-3.01m处；

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最大负弯矩Mdmax= -77.44kN.m/m，发生在标高-7.22m处。

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m

最大正弯矩Mumax=0.98×68.39=67.02kN.m，发生在标高-3.01m处； 最大负弯矩Mdmax=0.98×-77.44=-75.kN.m，发生在标高-7.22m处；

（4）第三阶段,挖土深7.60m，支撑分别设置在标高0.00m、-3.70m处，计算过程如下：

E1 0.00 0.00 0.00 19.21 11.12E2 -3.70 28.43 40.11-2.00-3.50 98.40 57.55 69.06 57.54-7.60-8.10 62.28-13.30

第3阶段主动、被动水土压力合力图

1）.作用在桩(墙)的主动土压力分布： 第1层土上部标高0.00m，下部标高-2.00m

Ea1上 = (17.00×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = -3.08kN/m2(取0.0)

Ea1下 = (17.00×2.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×10.00×tg(45-12.00/2) = 19.21kN/m2

第2层土上部标高-2.00m，下部标高-3.50m

Ea2上 = (17.00×2.00+17.60×0.00+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×15.00×tg(45-12.00/2) = 11.12kN/m2

Ea2下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+20.00)×tg2(45-12.00/2)-2×15.00×tg(45-12.00/2) = 28.43kN/m2

第3层土上部标高-3.50m，下部标高-7.60m

Ea3上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×0.00+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 40.11kN/m2

Ea3下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×4.10+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 98.40kN/m2

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第4层土上部标高-7.60m，下部标高-8.10m

Ea4上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×4.10+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 98.40kN/m2

Ea4下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×4.10+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 98.40kN/m2

第5层土上部标高-8.10m，下部标高-13.30m

Ea5上 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×4.10+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 98.40kN/m2

Ea5下 = (17.00×2.00+17.60×1.50+18.10×4.10+20.00)×tg2(45-6.90/2)-2×13.00×tg(45-6.90/2)

= 98.40kN/m2

2）.作用在桩(墙)的被动土压力分布： 第4层土上部标高-7.60m，下部标高-8.10m

Ep4上 = (18.10×0.00)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 29.34kN/m2

Ep4下 = (18.10×0.50)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 40.86kN/m2

第5层土上部标高-8.10m，下部标高-13.30m

Ep5上 = (18.10×0.50+18.10×0.00)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 40.86kN/m2

Ep5下 = (18.10×0.50+18.10×5.20)×tg2(45+6.90/2)+2×13.00×tg(45+6.90/2) = 160.68kN/m2

3）.土压力为零点距离坑底距离d的计算： 桩的被动、主动土压力差值系数为：

B = ((160.68-40.86)-(98.40-98.40))/5.20=23.04kN/m3 d = 0.50+(98.40-40.86)/23.04 = 3.00m

4）.D点以上土压力对D点的力矩与合力计算： D点以上土压力对桩(墙)土压力的合力： Ea = (0.00+19.21)×2.00/2.0+ (11.12+28.43)×1.50/2.0+ (40.11+98.40)×4.10/2.0+

(98.40-29.34+98.40-40.86)×0.50/2.0+ (98.40-40.86)×2.50/2.0 = 436.33kN/m

D点以上土压力对D点的力矩(梯形转为矩形与三角形计算)： Ma = (19.21-0.00)×2.00/2.0×(8.60+2.00/3.0)+

11.12×1.50×(7.10+1.50/2.0)+(28.43-11.12)×1.50/2.0×(7.10+1.50/3.0)+ 40.11×4.10×(3.00+4.10/2.0)+(98.40-40.11)×4.10/2.0×(3.00+4.10/3.0)+

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(98.40-29.34)×0.50×(2.50+0.50/2.0)+(98.40-40.86-98.40+29.34)×0.50/2.0×(2.50+0.50/3.0)+

(98.40-40.86)×2.50/2.0×(-2.70+5.20-2.50/3.0) = 1965.85kN.m/m

5）.桩(墙)嵌入D点以下距离t的计算： 第1层支撑力取第2阶段的值： E1 = 35.97kN/m 第1层支撑到D点距离： a1 = 10.60m 第2层支撑到D点距离： a2 = 6.90m 第2层支撑反力：

E2 = (1965.85-35.97×10.60)/6.90 = 229.76kN/m 假设支座D点的支撑反力：

ED = 436.33-35.97-229.76 = 170.60kN/m 根据规范4.1.1条得到桩(墙)需要的总长度为10.60m

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m E1=0.98×35.97=35.25kN E2=0.98×229.76=225.16kN ED=0.98×170.60=167.19kN

6）.最大弯矩的计算：

而经过积分运算得到

最大正弯矩Mumax= 431.kN.m/m，发生在标高-6.88m处； 最大负弯矩Mdmax= -413.92kN.m/m，发生在标高-13.91m处。

考虑到桩(墙)的计算宽度为0.98m

最大正弯矩Mumax=0.98×431.=423.01kN.m，发生在标高-6.88m处； 最大负弯矩Mdmax=0.98×-413.92=-405.kN.m，发生在标高-13.91m处；

（4）计算结果

1）.计算结果

————————————————————————————————————— 计算方法 最大正弯矩kN.m位置(m) 最大负弯矩kN.m位置(m) 剪力(kN) 位置(m) 经典法 420.8 -6.9 403.6 -13.9 203.1 -3.7 —————————————————————————————————————

2）.计算结果简图

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2.3.3 M法内力及位移计算

（1）内力及位移计算

采用m法计算

共2层支撑，支撑计算数据如下：

————————————————————————————————————— 序号 水平间距(m) 倾角(度) 刚度(kN/m) 预加力(kN) 1 9.00 0.00 42976.0 0.0 2 9.00 0.00 68245.0 0.0 ————————————————————————————————————— 共计算3个工况,各支撑在各个工况中的支撑力如下(单位为kN)：

————————————————————————————————————— 1 0.00 620.86 886.18 2 0.00 0.00 1335.02

————————————————————————————————————— 全部工况下各支撑的最大轴力如下(单位为kN)： 1 886.18 2 1335.02

各工况桩(墙)的最大内力位移如下：

————————————————————————————————————— 工况号 桩顶位移 最大位移 最大正弯矩 最大负弯矩 最大正剪力 最大负剪力 (mm) (mm) (kN-m) (kN-m) (kN) (kN) 1 0.33 2.14 74.3 -37.2 .5 -35.9 2 14.77 16.02 1.3 -85.9 67.4 -.1 3 20.95 39.44 604.9 -245.5 185.5 -170.3

—————————————————————————————————————

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全部工况下桩(墙)的最大内力位移如下： 最大桩(墙)顶部位移为： 20.1 mm 最大桩(墙)位移为： 39.4 mm 最大正弯矩为： 604.9 kN-m 最大负弯矩为： -245.5 kN-m 最大正剪力为： 185.5 kN 最大负剪力为： -170.3 kN

（2）计算结果简图

2.3.4 桩身强度验算

钢管桩最大弯矩为 604.9 kN.m 钢管桩最大剪力为 203.1 N 钢管桩面积为 24819 mm2

钢管桩截面抵抗矩为 4841174.5 mm3 钢管桩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

钢管桩弯曲应力 Sigma=M/W=608.3*1000000/4841174.5 =124.95< f=182 抗弯强度合格!

抗剪强度一般不需验算!

2.3.5 整体稳定性验算

计算结果简图：

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K=2.93>1.3, 满足规范要求！

2.3.6 M法抗隆起、抗倾覆、抗渗流验算

（1）抗隆起验算

按地基承载力验算抗隆起 计算的抗隆起安全系数为:14.05 达到规范规定安全系数2.00,合格!

按滑弧稳定验算抗隆起 计算的抗隆起安全系数为:3.43 达到规范规定安全系数2.00,合格! 基坑底最大隆起量为 0.01cm （2）抗倾覆验算 验算抗倾覆稳定

计算的抗倾覆安全系数为:1.70 达到规范规定安全系数1.15,合格!

（3）抗渗流验算 验算抗渗流稳定

计算的抗渗流安全系数为:2.67 达到规范规定安全系数1.50,合格!

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2.3.7 内支撑及围檩强度及稳定性验算

(1)一层支撑及围檩

1). 计算简图

2). 计算参数

荷载条件：

单元码：1－15 类型：3（均布力） 大小：886.18/9＝98.46 距杆端1：0

方向：90

材料性质：

单元：1－15

抗拉刚度（EA）：6.296E6 抗弯刚到（EI）：2.244E5 单元：16－31,35-44 抗拉刚度（EA）：3.127E6 抗弯刚到（EI）：1.454E5 单元：32－34 抗拉刚度（EA）：1.5E6 抗弯刚到（EI）：7.27E4

3). 计算结果简图

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结构弯矩图：

围檩最大弯矩为：517.01

结构轴力图：

斜撑最大轴力为：1381.17 对撑最大轴力为：975.82

结构剪力图：

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围檩最大剪力为：344.85

4）.对撑验算

a.截面特性计算

A =1.563e-002 I =0.7272e-003 W=2.3086e-003

i＝2.1711e-001

b.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 62.43< f=182.000 对撑强度验算满足。

c.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：13.0 平面内（外）长细比λx：59.877 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.808

平面内（外）长细比：λx=77.27 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):.83< f=182.000

平面内（外）验算满足。

d。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=78.75< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

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5）.斜撑验算

a.截面特性计算

A =1.563e-002 I =0.7272e-003 W=2.3086e-003

i＝2.1711e-001

b.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 88.37< f=182.000 斜撑强度验算满足。

c.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：9.065 平面内（外）长细比λx：41.753 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.2

平面内（外）长细比：λx=41.753 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):99.07< f=182.000

平面内（外）验算满足。

d。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=78.75< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

******验算满足。******

====== 计算结束 ======

6). 围檩强度验算

围檩面积为 31480 mm2

围檩截面抵抗矩为 5100000 mm3 围檩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

围檩弯曲应力 Sigma=M/W=517.01*1000000/5100000=101.37 围檩压应力 S1=N/A=1386000/31480=44 组合应力 S=101+44=145< f=182 故，围檩强度满足要求! 抗剪强度一般不需验算!

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(2)二层支撑及围檩 1) 计算简图

2) 计算参数

荷载条件：

单元码：1－15 类型：3（均布力）

大小：2067.8/9＝229.76 距杆端1：0

方向：90

材料性质：

单元：1－15

抗拉刚度（EA）：1.077E7 抗弯刚到（EI）：7.522E5 单元：16－31,35-44 抗拉刚度（EA）：4.9E6 抗弯刚到（EI）：3.727E5 单元：32－34 抗拉刚度（EA）：2.482E6 抗弯刚到（EI）：1.8E5

3) 计算结果简图

结构弯矩图：

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围檩最大弯矩为：1468.09

结构轴力图：

斜撑最大轴力为：2670.28 对撑最大轴力为：1541.96

结构剪力图：

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围檩最大剪力为：901.52

4）.对撑验算

a.截面特性计算

A =2.4820e-002 I =1.8635e-003 W=4.65880e-003

i=2.7581e-001

b.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 62.13< f=182.000

对撑强度验算满足。

c.平面内(外)稳定验算结果 平面内（外）计算长度(m)：13.0 平面内（外）长细比λx：47.133 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.869

平面内（外）长细比：λx=47.133 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):71.50< f=182.000

平面内（外）验算满足。

d。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=80< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

5）.斜撑验算

a.截面特性计算

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A =2.4820e-002 I =1.8635e-003 W=4.65880e-003

i=2.7581e-001

b.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 107.61< f=182.000

斜撑强度验算满足。

c.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：9.065 平面内（外）长细比λx：32.867 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.926

平面内（外）长细比：λx=32.867 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):116.21< f=182.000

平面内（外）验算满足。

d。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=80< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

******验算满足。******

====== 计算结束 ======

6). 围檩强度验算

围檩面积为 53860 mm2

围檩截面抵抗矩为 12132971 mm3 围檩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

围檩弯曲应力 Sigma=M/W=1468.09*1000000/12132971=121.0 围檩压应力 S1=N/A=2000000/53860=37 组合应力 S=121+37=158< f=182 故，围檩强度满足要求! 抗剪强度一般不需验算!

******验算满足。******

====== 计算结束 ======

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2.4 工况四：封底混凝土达到设计强度，拆除第二道支撑时

根据2.3结果，由力的叠加原理计算第一层支撑反力：

2.4.1 计算简图

2.4.2 计算结果

Pb(l2b2)229.763.7(6.723.72)MA295.42kNm

2l226.72Pa2(3la)229.7632(36.73)QB61kN332l26.7

MBQBb613.7225.7kNm

第一层支撑反力： E1 = 50+61 = 111kN/m 桩（墙）最大弯矩： Mumax=726.63 kN.m

2.4.3 桩身强度验算

钢管桩最大弯矩为 726.63 kN.m 钢管桩面积为 24819 mm2

钢管桩截面抵抗矩为 4841174.5 mm3 钢管桩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

钢管桩弯曲应力 Sigma=M/W=726.63*1000000/4841174.5 =150.1< f=182 抗弯强度合格!

抗剪强度一般不需验算!

2.4.4 内支撑及围檩强度及稳定性验算

采用SMSOLVER进行内支撑内力的计算。

（1) 计算简图

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长江公路大桥主塔基坑支护方案 咨询报告

（2) 计算参数

荷载条件：

单元码：1－15 类型：3（均布力） 大小：111 距杆端1：0

方向：90

材料性质：

单元：1－15

抗拉刚度（EA）：6.296E6 抗弯刚到（EI）：2.244E5 单元：16－31,35-44 抗拉刚度（EA）：3.127E6 抗弯刚到（EI）：1.454E5 单元：32－34 抗拉刚度（EA）：1.5E6 抗弯刚到（EI）：7.27E4

（3) 计算结果简图

结构弯矩图：

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围檩最大弯矩为：639.21 结构轴力图：

斜撑最大轴力为：1707.59 对撑最大轴力为：1206.45 结构剪力图：

围檩最大剪力为：426.35

（4）对撑验算

1）.截面特性计算

A =1.563e-002 I =0.7272e-003

W=2.3086e-003 i＝2.1711e-001

2）.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 77.19< f=182.000 对撑强度验算满足。

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3）.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：13.0 平面内（外）长细比λx：59.877 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.808

平面内（外）长细比：λx=59.877 < [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):95.53< f=182.000

平面内（外）验算满足。 4）。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=78.75< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

（5）斜撑验算

1）.截面特性计算

A =1.563e-002 I =0.7272e-003 W=2.3086e-003

i＝2.1711e-001

2）.强度验算结果

强度计算最大应力(N/mm2): 109.25< f=182.000

斜撑强度验算满足。

3）.平面内(外)稳定验算结果

平面内（外）计算长度(m)：9.065 平面内（外）长细比λx：41.753 对x轴截面分类：b 类

轴心受压稳定系数φx：0.2

平面内（外）长细比：λx=41.753< [λ]= 150.000

平面内（外）稳定计算最大应力(N/mm2):122.48< f=182.000

平面内（外）验算满足。

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4）。局部稳定验算

外径与壁厚之比 D/T=78.75< 容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0

******验算满足。******

====== 计算结束 ====== (6) 围檩强度验算

围檩面积为 31480 mm2

围檩截面抵抗矩为 5100000 mm3 围檩许用应力f= 140*1.3=182 N/mm2

围檩弯曲应力 Sigma=M/W=639.21*1000000/5100000=125.34

围檩压应力 S1=N/A=1500000/31480=45 组合应力 S=125+45=170< f=182 故，围檩强度满足要求!

抗剪强度一般不需验算!

3、主要结论

1)、在各工况下，锁口钢管桩的受力均满足要求；

2)、在各工况下，第一道、第二道支撑及围檩的受力均满足要求。但围檩结构局部应力

稍高。

3)、建议施工时合理安排工期，基坑的开挖、尤其是基坑封底应尽量安排在长江枯水期

施工。

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