新3,4号承台钢板桩围堰设计计算书.doc

中铁一局集团有限公司京沪高速铁路济南黄河大桥3、4号承台钢板桩围堰设计方案设计： 复核： 审核： 审批： 中铁一局桥梁工程有限公司京沪高速铁路项目经理部2008年7月一、设计说明1、概况黄河主桥3#、4#墩承台位于黄河河滩内。3#、4#承台平面尺寸42.523.3m，厚6.0m，顶面标高+27m。墩位处原地面最大标高+31米。墩位处地下水位约在原地面下25.0m左右。2、计算依据桥涵设计工程师手册（基本资料）简明施工计算手册桥涵施工手册路桥施工计算手册3、地形、地质条件桥位工程地质地层以第四系河流相粉 质土为主，其间多夹粉、细、中沙及粉土、薄层粘土或透镜体。其中覆盖层40m以下姜石含量较高，姜石层分布较多。设计图纸反映桥址范围第一层土主要为软塑的粉质粘土、粘土及稍密的粉土组成，厚度9.6m22.5m；第二层为硬塑的粉质粘土、粘土及中密的粉土及中密的砂层组成，厚度2.7m11.8m；第三层为硬塑状的粉质粘土组成，厚度钻孔未揭露。二、围堰设计钢板桩围堰由单层钢板桩和三层由型钢组成的围囹、内撑梁组成。围堰平面为矩形，其内口尺寸为46.5米28.3米，钢板桩单根长22米，被打入后，其底端标高为9米，顶面标高为+31m；采用德国拉森型钢板桩，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角1015，摩阻力小，防渗性较好，四个转角位置采用焊接的T形钢板桩；钢板桩的施打采用履带吊机，配合震动打桩锤进行打入，承台施工完成后拔除；内撑梁分别安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩围囹的牛腿上，内撑梁外缘两端与钢板桩相撑住，以加大围堰抵抗土侧压力的能力。钢板桩施工完成后，进行围堰内挖土工程。第一道内支撑安装前，将围堰内挖土到第一道内支撑设计位置以下2.2m，然后安装好内支撑；第一道内支撑安装完成后继续挖土，挖至第二道支撑设计位置以下0.5m,安装第二道支撑，同理直至3道支撑安装完毕以后，在挖至封底混凝土设计标高。然后进行封底混凝土的施工。待封底混凝土满足强度要求后，进行承台施工工作。承台混凝土分2次浇筑，每次均为3.0m。当第一次混凝土浇筑完成后，需要拆除底层内支撑，为此，在承台第一次混凝土浇筑完成，强度满足要求后首先拆除承台侧模板，将围堰底部以上3m范围杂物清理彻底。然后在围堰底部以上3m的承台和钢板桩围堰间全部回填沙土，采用注水措施保证所填沙土的密实。拆除下层内支撑，将支撑力分配到所填沙土和其余两层内支撑上。继续施工完剩余部分的承台后拆除钢板桩围堰内支撑，拔除钢板桩。三、围堰设计验算1、设计参数墩位处主要为软塑的粉质粘土、粘土，土体力学性能如下：土体容重：r=18.5KN/m3土体内摩擦角：=27.8土体总应力粘结力Cu=31.8kPa钢板桩力学性能钢板桩采用IV 型拉森桩，重量75kg/m，每1米宽截面模量W=2037cm3,允许应力为=210Mpa。 型钢力学性能=145Mpa，=85Mpa。2、钢板桩、围堰围囹、内支撑计算确定围囹层数及间距按等弯矩布置确定各层支撑的间距，钢板桩采用德国拉森式槽型钢板桩，规格为拉森，单层板桩。由其允许抵抗弯距计算板桩顶部，悬臂部分的最大极限允许跨距h:h= （简明施工计算手册P210 4-47）计算下部各层支撑的跨度(即支撑的间距),把板桩视作一个承受三角形荷载的连续梁,各支承点近似假定其不移动，即把每跨都视作两端固定,可按一般力学计算求出各支点最大弯距都等于Mmax时各跨的跨度：h1=1.11h，h2=0.88h，h3=0.77h。求得：h1=8.07m，h2=6.40m，h3=5.60m。根据施工的具体情况布置第一道内支撑标高+30.52，第二道内支撑标高+28.0m，第三道内支撑标高+24.8m。封底混凝土顶面标高+21m。钢板桩计算围堰外1.5米处车辆荷载布置为q=25kN/m2,换算成填土高度为h=q/r=25/18.5=1.35米。计算中取竖向每延米的钢板桩为梁，围囹为支座进行计算。钢板桩围堰机械开挖到原地面下2.2 米，未安装完内第一道支撑时为工况一；待安装完第一道内支撑，继续开挖到直至设计标高+27.5m，此时为工况二；待第二道内支撑安装完毕，继续开挖至设计标高23.15m时，此为工况三；然后安装第三道内支撑，继续开挖至设计标高20.8m时，此时为工况四。接着进行封底混凝土的施工。工况一计算简图如图所示:主动土压力系数：被动土压力系数：通过SAP2000计算，得出：钢板桩应力为：工况二 计算钢板桩上土压力等于0的点距挖土面的距离y。其中：K被动土压力系数修正系数取1.75（简明施工计算手册P209）； Pb挖土面处主动土压力强度。Pb=HKa=18.53.50.36+9= 32.31Kpa计算简图如图所示。通过SAP2000计算，得出：钢板桩应力为：工况三计算简图如图所示。其中：K被动土压力系数修正系数取1.75（简明施工计算手册P209）； Pb挖土面处主动土压力强度。Pb =1HKa+wH +48.96=8.51.850.36+101.85+48.96= 73.12Kpa通过SAP2000计算，得出：钢板桩应力为：围囹内力计算：工况四：计算简图如图所示:其中：K被动土压力系数修正系数取1.75（简明施工计算手册P209）； Pb挖土面处主动土压力强度。Pb =1HKa+wH +48.96=8.54.20.36+104.2+48.96= 103.8Kpa通过SAP2000计算，得出：钢板桩应力为：钢板桩入土深度计算在工况四中计算得Rf=152.04KN。根据Rf和桩前被动土压力对板桩底的力矩相等可得：主动土压力系数：被动土压力系数：解得：x=4.54m。则入土深度为H=1.2（0.93+x）=6.6m。实际钢板桩入土深度为11.5m，符合要求。综上各工况下，支撑受力如下表：工况1工况2工况3工况4支撑1058.82kN26.34kN33.34kN支撑200232.17kN21.61kN支撑3000358.94kN 围囹及内支撑计算第一道内支撑内支撑均采用63010mm钢管。按轴心受压构件计算，压杆两端按铰接简化。第一道围囹承受最大均布荷载为58.82KN/m。一根钢管承受的力为58.8212.80=752.9KN。钢管内支撑回转半径，按压杆考虑，长细比，查得纵向弯曲系数为0.816。钢管桩轴向应力：第一道支撑围囹采用4I56a，Wx=9368 cm3，其中支点的最大间距按12.80m计算，按照多跨连续梁计算得应力：第二道内支撑第二道围囹承受最大均布荷载为232.17KN/m。一根钢管承受的力为232.176.4=1485.9KN。钢管内支撑回转半径，按压杆考虑，长细比，查得纵向弯曲系数为0.944。钢管桩轴向应力：第二道支撑的围囹采用3I56a，Wx=7026 cm3，其中支点的最大间距按6.4m计算，按照多跨连续梁计算得应力：第三道内支撑第三道围囹承受最大均布荷载为358.94KN/m。一根钢管承受的力为358.946.4=2297.2KN。钢管内支撑回转半径，按压杆考虑，长细比，查得纵向弯曲系数为0.944。钢管桩轴向应力：第三道支撑的围囹采用4I56a，Wx=9368 cm3，其中支点的最大间距按6.4m计算，按照多跨