69号墩钢板桩围堰结构计算书

69号墩钢板桩围堰结构计算书 一、工程概况 1、地形、地质和水文 榕江特大桥69号墩，位于榕江靠近小里程侧河滩上，承台边距离河堤坡脚约2m。 69号墩位置的原河床标高为+1.3m，桩基采用筑岛施工，筑岛地面标高为+2.6m。 榕江特大桥20年一遇洪水位为+2.634m，69号墩承台施工时按+2.6m水位进行结构计算和分析。 墩位处淤泥层厚达20m，根据地质报告，淤泥质土快剪试验粘聚力标准值C=5.77kpa，内摩擦角标准值φ=4.14o，天然重度γ=15KN/m3。 2、钢板桩围堰结构 69号墩钢板桩围堰内平面尺寸为21.6x16m，围堰顶标高为+3.0m，钢板桩底口标高为-15.0m，桩长18 m，钢板桩选用拉森Ⅳ型止水钢板桩。 基坑开挖底标高-5.16m，基坑开挖最大深度7.76m，设置两道框架式内支撑，第一道内支撑设置标高为+1.9m，第二道内支撑设置标高为-1.4m，内支撑主要由工字钢梁和钢管撑杆组成。封底砼厚度80cm，封底碎石垫层厚度20cm， 3、钢板桩围堰施工方法 钢板桩围堰打设完成后，采取边清淤、边抽水、边安装内支撑的施工方法，即在清淤到内支撑位置时，停止清淤，将水抽干后，安装该道内支撑，然后重新向围堰内灌水，继续向下清淤，逐次完成所有内支撑的安装，并清淤到设计基坑底标高。 清淤到设计标高后，采取抽水后干浇法施工封底砼，若坑底渗大，则改为水下封底施工。承台分次浇筑，完成第一次承台浇筑后，在承台砼与钢板桩围堰间灌砂，然后拆除第二道内支撑，再进行第二、三次承台砼的浇筑，继续在承台与钢板桩围堰间灌砂，拆除第一道内支撑，施工墩身至围堰顶口以上后，拔出钢板桩。 取受力更大的干浇封底砼的施工方法进行围堰结构验算。 69号墩钢板桩围堰施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 图 二、计算依据 1．《榕江特大桥第67~69号墩立面布置图》              （2009年3月） 2．《榕江特大桥工程地质勘察报告》 （铁道第四勘察设计院 2007年11月） 3．《榕江特大桥69号墩承台施工方案》 4．《铁路桥涵设计基本规范》                （TB 10002.1—2005） 5．《铁路桥涵地基和基础设计规范》            （TB 10002.5—2005） 6．《桥涵》（公路施工手册） 7．《铁路桥涵施工规范》                      （TB 10203—2002） 8．《钢结构设计规范》                        （GB 50017-2003） 9.《建筑基坑支护技术规程》                  （JGJ120-99） 10.《建筑施工计算手册》 三、计算参数取值 1、钢材弹性模量E=2.1x105Mpa，泊松比取0.3。 2、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值[f]=215Mpa，抗剪强度设计值[fv]=125Mpa。 3、淤泥质土天然容重γ=15KN/m3，粘聚力标准值C=5.77kpa，内摩擦角标准值φ=4.14o。 4、钢筋砼容重取26 KN/m3，素砼容重取24 KN/m3。 5、主要计算构件的截面特性 表1  主要计算构件截面特性表 构件 截面积A(cm2) 惯性矩Ix (cm4) 截面模量Wx(cm3) 回转半径i(cm) 钢板桩（1米宽） 238.8 34731 2037   φ400x5钢管 62.8 12096.8 604.8 14 φ600x8钢管 150.7 616305 20543.5 21 3I36b 250.9 49722 2762.4   2I25a 97 10034 802.8 12.5，9 I25a 48.51 5017 401.4 10.2，2.4           四、计算工况 工况一：基坑内清淤至+1.3m标高位置，基坑深度1.5m，准备安装第一道内支撑，钢板桩为悬臂状态，取下端固结状态进行计算。 工况二：基坑清淤至-2.2m标高位置，基坑深度4.8m，准备安装第二道内支撑，钢板桩按弹性地基梁计算。 工况三：第二道支撑安装完后，基坑清淤至设计坑底-5.16m标高位置，基坑深度7.76m，钢板桩按弹性地基梁计算。 工况四：封底砼浇筑完成，基坑深度6.76m，封底砼看做一道内支撑，钢板桩按带悬臂的两跨连续梁计算。 工况五：浇筑完成第1次承台砼，承台与钢板桩之间填砂，拆除第二道内支撑，钢板桩按带悬臂的简支梁计算。 五、计算内容 1、钢板桩打入深度计算。 2、钢板桩围堰抗管涌计算。 3、钢板桩围堰基坑底抗隆起计算。 4、封底砼厚度计算。 5、钢板桩结构受力计算。 6、内支撑结构受力计算。 六、结构计算 1、钢板桩打入深度计算 按工况三计算钢板桩打入深度，即钢板桩清淤到设计坑底标高-5.16m，基坑内抽水，基坑深度7.76m，钢板桩入土深度9.84m。用盾恩法近似计算钢板桩入土深度。 按土压力相等原理计算淤泥质土综合内摩擦角： φD=π/2-2arctan[tan(45°-φ/2)-2C/γH=10.5° H：计算基坑深度，7.76m C：粘聚力，5.77 φ：快剪内摩擦角，4.14° 主动土压力系数计算：Ka=tan2((45°-φD /2)=0.69 被动动土压力系数计算：Kp=tan2((45°+φD /2)=1.45 由下图，MR的斜率：Kn=γ（Kp-Ka）=15×（1.45-0.69）=11.4 主动土压力e1=MQ=Ka.γ.H=0.69×15×7.76=80.3KN/m2 DB板桩上的荷载GDBM一半传至D点，另一半传至被动土压力MRB，则： γ.（Kp-Ka）.x2-Ka.γ.H.x-Ka.γ.H.L5=0 15×0.76 x2-0.69×15×7.76 x -0.69×15×7.76×3.76=0 11.4 x2-80.3 x -302=0 解得 x=9.76m＜9.84 故，钢板桩打入基坑底以下深度不小于7.76m，则板桩总长度： L=7.76+9.76=17.52，实际取18m。 2、钢板桩围堰抗管涌计算 钢板桩围堰不发生管涌的条件是：满足最大渗流力不大于土体浮容重，即： K.j.γw≤γb K:抗管涌安全系数，取1.5 j：最大渗流力，j=h/(h+2t) γw：地下水重度，取10KN/m3 γb：土的浮容重，γb=γ-γw=5KN/m3 h：基坑深度，7.76 t：钢板桩入土深度，9.84 K.j.γw=1.5×7.76/(7.76+2×9.84)×10=4.2＜γb=5，不会发生管涌。 3、基坑底抗隆起计算 当围堰内先抽水，再干浇封底砼时，需要进行基坑底抗隆起计算。取最不利的工况三进行计算。 抗隆起安全系数: K=(2γ.H.Ka.tanφD +2π.C)÷(γ.H )+(2γ.H2.Ka. tanφD +4H.C)÷(γ.H.h )= (2×15×17.6×0.69×tan10.5°+2π×5.77)÷(15×17.6)+(2×15×17.62×0.69×tan10.5°+4×17.6×5.77)÷(15×17.6×7.76 )=1.19＞1.1 故，基坑不会隆起。 4、封底砼厚度计算 4.1 按垂直渗流力不超过封底砼自重计算封底厚度 即：Ks.j.γw.g≤γc.g.x 1.05×7.76/(7.76+2×9.84)×10=3.0 则封底最小厚度：X=3.0/γc=3.0÷24=0.125m 4.2 按封底砼承受第一次承台砼重量计算封底厚度 承台第一次2m厚钢筋砼的重量由封底砼与桩基间的摩阻力承担，封底砼自重不计，根据相关试验数据及经验，封底砼与桩基间的摩阻力可取300KPa。 第一次承台钢筋砼重量:G=26×20×14.4×2=14976KN 封底砼与桩基间的摩阻力：F=12×（3.14×2×0.8×300）=18086KN＞G 故，封底砼厚度取0.8m满足要求。 5、钢板桩结构计算 5.1 内力计算 工况一： 钢板桩悬臂长度L=1.5m，按一端固结计算。 最大弯矩M1=γ.Ka.L3=15×0.69×1.53=5.82KN.m 剪力N1=11.64KN 工况二： 按弹性地基梁计算，基坑以下的钢板桩上的弹性支座取1m/个，计算宽度b取1m，淤泥质土的地基比例系数m取2000KN/m4。 地基系数C=m.b 弹簧系数Ki=hi.b.(C上+C下)/2 计算简图及结果如下： 计算简图 弯矩图（KN.m） 剪力图（KN） 变形图（m） 本工况下钢板桩最大弯矩M2=102KN.m，最大剪力N2=60.8KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=68.8KN，最大挠度f2=6mm（基坑底附近）。 工况三： 按弹性地基梁计算，基坑以下的钢板桩上的弹性支座取1m/个，计算宽度b取1m，淤泥质土的地基比例系数m取2000KN/m4。 地基系数C=m.b 弹簧系数Ki=hi.b.(C上+C下)/2 计算简图及结果如下： 计算简图 弯矩图（KN.m） 剪力图（KN） 变形图（m） 本工况下钢板桩最大弯矩M3=142.4KN.m，最大剪力N3=163.6KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=15KN，第二道内支撑位置的支点反力R2=256.1KN，最大挠度f3=6mm（基坑底附近）。 工况四： 浇筑完封底砼后，将封底砼视作第三道内支撑，取封底砼中点以上部分按两跨连续梁计算。 计算简图及结果如下： 计算简图 弯矩图（KN.m） 剪力图（KN） 变形图（m） 本工况下钢板桩最大弯矩M4=48.85KN.m，最大剪力N4=51.6KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=17.8KN，第二道内支撑位置的支点反力R2=163.4KN，封底砼位置的支点反力R3=82.58KN，最大挠度f4=0.6mm。 工况五： 浇筑完第一次承台砼后，在承台与钢板桩之间填砂，拆除第二道内支撑，取第一次承台砼顶面以下0.48m位置作为一个支撑点，则钢板桩按一端悬臂的单跨简支梁计算。 计算简图及结果如下： 计算简图 弯矩图（KN.m） 剪力图（KN） 变形图（m） 本工况下钢板桩最大弯矩M5=79.67KN.m，最大剪力N5=87.43KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=54.7KN，第二支点反力R2=87.43KN，最大挠度f5=2mm。 5.2 强度、刚度验算 钢板桩在五个工况情况下最大弯矩为M=M3=142.4KN.m，最大剪力N=N3=163.6KN。 则最大弯曲应力： σ弯=M/W=(142.4÷2037)×1000=69.9MPa＜【σ】 最大剪应力： τ=N/A=（163.6÷238.8）×10=6.9MPa＜【τ】 钢板桩最大挠度f=f3=6mm，挠跨比为1/623。 钢板桩强度和刚度均满足设计要求。 6、内支撑结构计算 6.1 内力计算 第一道内支撑： 内支撑承受钢板桩传递过来的水土压力，作用在内支撑上的荷载取钢板桩结构计算时的最大支反力，第一道内支撑取工况二的钢板桩支反力R1=68.8KN，即作用在内支撑框架梁上的线荷载为q1=68.8KN/m。 计算简图及结果如下： 计算简图 弯矩图（KN.m） 剪力图（KN） 轴力图（KN） 变形图（m） 第一道内支撑框架型钢最大弯矩M=93.5KN.m，最大剪力N=148.4KN，最大轴力F1=555KN。 中支撑杆最大轴力F2=376KN，斜支撑杆1最大轴力F3=303KN,斜支撑杆2最大轴力F4=373KN。 最大挠度f=10mm（斜支撑1附近，即2#和3#单元连接附近）。 第二道内支撑： 第二道内支撑取工况三的钢板桩支反力R2=256.1KN，即作用在内支撑框架梁上的线荷载为q2=256.1KN/m。 计算简图及结果如下： 计算简图 弯矩图（KN.m） 剪力图（KN） 轴力图（KN） 变形图（m） 第二道内支撑框架型钢最大弯矩M=309.5KN.m，最大剪力N=519.4KN，最大轴力F1=2071KN。 中支撑杆最大轴力F2=1389KN，斜支撑杆1最大轴力F3=1149KN,斜支撑杆2最大轴力F4=1308KN。 最大挠度f=12mm（斜支撑1附近，即2#和3#单元连接附近）。 6.2 强度、刚度验算 第一道内支撑： 1）框架型钢2I25a 最大弯矩为M=93.5KN.m，最大剪力N =148.4KN，最大轴力F1=555KN。 则最大弯曲应力： σ弯=M/W=(93.5÷802.8)×1000=116MPa＜【σ】 最大剪应力： τ=N/A=（148.4÷97）×10=15MPa＜【τ】 最大轴应力： σ轴=F1/A=(555÷97)×10=57MPa＜【σ】 中支撑附近框架型钢最不利应力： σ弯=σ弯+σ轴=(85.3÷802.8×1000)+（550÷97×10)=163MPa＜【σ】 框架型钢最大挠度f=10mm，挠跨比为1/1080＜1/600。 框架型钢强度和刚度均满足要求。 2）中支撑杆 最大轴力F2=376KN。 最大轴应力：σ轴=F2/A=(376÷62.8)×10=60MPa＜【σ】 压杆计算长度L=1600cm，λ=L/i=1600÷14=114.3，查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.453，则，σ=σ轴/ψ=60÷0.453=132MPa＜【σ】 中支撑强度和刚度均满足要求。 3）斜支撑杆1 最大轴力F3=303KN。 斜支撑杆1与中支撑杆结构相同，轴力和计算长度均比后者小，不需验算。 4）斜支撑杆2 最大轴力F4=373KN。 最大轴应力：σ轴=F4/A=(373÷97)×10=38MPa＜【σ】 压杆计算长度L=378cm，λ=L/i=378÷9=42，查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.89，则，σ=σ轴/ψ=38÷0.89=43MPa＜【σ】 斜支撑2强度和刚度均满足要求。 第二道内支撑： 1）框架型钢3I36b 最大弯矩为M=309.5KN.m，最大剪力N=519.4KN，最大轴力F1=2071KN。 则最大弯曲应力： σ弯=M/W=(309.5÷2762.4)×1000=112MPa＜【σ】 最大剪应力： τ=N/A=（519.4÷250.9）×10=21MPa＜【τ】 最大轴应力： σ轴=F1/A=(2071÷250.9)×10=83MPa＜【σ】 中支撑附近框架型钢最不利应力： σ弯=σ弯+σ轴=（291.4÷2762.4×1000)+（2049÷250.9×10) =187MPa＜【σ】 框架型钢最大挠度f=12mm，挠跨比为1/900＜1/600。 框架型钢强度和刚度均满足要求。 2）中支撑杆 最大轴力F2=1389KN。 最大轴应力：σ轴=F2/A=(1389÷150.7)×10=92MPa＜【σ】 压杆计算长度L=1600cm，λ=L/i=1600÷21=76.2，查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.7，则，σ=σ轴/ψ=92÷0.7=131MPa＜【σ】 中支撑强度和刚度均满足要求。 3）斜支撑杆1 最大轴力F3=1149KN。 斜支撑杆1与中支撑杆结构相同，轴力和计算长度均比后者小，不需验算。 4）斜支撑杆2 最大轴力F4=1308KN。 最大轴应力：σ轴=F4/A=(1308÷97)×10=135MPa＜【σ】 压杆计算长度L=378cm，λ=L/i=378÷9=42，查表得查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.89，则，σ=σ轴/ψ=135÷0.89=151MPa＜【σ】 斜支撑2强度和刚度均满足要求。