象山港承台钢板桩计算及验算

1、象山港接线工程90#墩承台钢板桩设计计算书1.1工程概况及设计参数1.1.1工程简介宁波象山港公路大桥接线工程试验段承台均采用菱形分离式承台，平面尺寸为8.26.4m，倒角为2.01.0m，厚为2.5m。对于滩涂区承台拟采用插打钢板桩围堰进行承台施工，根据地形、水文等情况，取P90#墩进行验算。其中P90#墩地面高程为-1.02m，承台顶标高为+2.7m。承台钢板桩围堰尺寸拟为10.28m。1.1.2地质情况土层分布：=10KN/ m3淤泥5.15m，1=14.8KN/ m3；粘聚力C1=3.3；内摩擦角1=3.6。亚粘土6.28m，2=19.5KN/ m3；粘聚力C2=20.8；内摩擦角2=

2、32.2。1.1.3设计参数水位：根据招标文件，设计高潮水位+4.52m浪高：取0.5m2.2钢板桩围堰设计2.1.1钢板桩结构形式钢板桩采用拉森型钢板桩，每米钢板桩墙W=2037cm3，f=200MPa；围堰尺寸：9.27.2m；距离钢板桩顶面0.5m及2.02m设置一道支撑梁，标高分别为+4.52m及+3.5m。钢板桩围堰周长L=10.22+82=36.4m钢板桩根数：36.4/0.4=91根。2.1.2封底混凝土厚度确定已知承台底标高为+0.2m，设计水位为+4.52m。根据公式+Dh式中：b-板宽，取b=1 ftd-砼抗拉强度（C20）, ftd =1.06103KPa D-水下砼与井

3、底泥土掺混需增厚度， D=0.30.5m，此处取0m ，单位宽度弯矩其中：l1-矩形板计算跨径，取小值l1=8m mac弯矩系数，查建筑结构设计综合手册表3.8.1，得mac=0.0334p单位宽度静水压力形成的荷载，p=4.3210KN/m2+D=0.7h0.7m 由于施工前采用抛填片石的方法进行基底加固，防止反涌，同时考虑到设计需要，取h为0.8m。2.1.3钢板桩顶标高确定由于桥位处设计高潮水位为+4.52m，考虑0.5m的浪高影响，钢围堰的顶标高确定为5.52m。2.1.4钢板桩嵌固深度确定承台的底标高为+0.2m，围堰内C20封底砼厚0.8m，基础处理为1m厚的砾石及抛填片石。封底混

4、凝土浇筑结束，围堰内水被抽干之后为最不利工况。土压力强度Ka1= tg2（45-/2）= tg2（45-3.6/2）=0.882Kp1= tg2（45+/2）= tg2（45+3.6/2）=1.134Ka2= tg2（45-/2）= tg2（45-32.2/2）=0.305Kp2= tg2（45+/2）= tg2（45+32.2/2）=3.282基坑内开挖至+3.5m，即第二道支撑梁处，安装第一道支撑梁。此时钢板桩的受力情况：水压力(围堰抽水后)Paw：Pa=(4.52-3.5)=101.02=10.2 KN/m2Ea=1/210.21.02=5.2KN/m合力Ea距第二道支撑的距离y=0.3

5、4m假设钢板桩主动压力等于被动压力的点为K点，则：Pak=Ppk。设K点距离淤泥底面的距离为u，则u=1.56m用等值梁法计算钢板桩的入土深度，K点主动压力等于被动压力，即Pak=Ppk，则K点即为弯矩为零的点。支撑反力为Tc1，用等代简支梁法简化，则11Tc1=1/251.25.12（5.12/3+4.32+1.56）+16.6113.9/2（1.56+3.9/3）+2.89751.561.56/21.56/3+5.711.561.56/2-23.5154.32/2(4.32/3+1.56) -68.0561.561.56/2-31.1791.561.56/21.56/3得到：Tc1=76.

6、4KN取零弯矩点（K点）以上钢板桩，看成单跨简支梁进行sap受力分析，得出支撑反力Tc1=76.5KN，K点支反力为Tk=26.3KN。两者基本符合。取零弯矩点（K点）以下钢板桩，设钢板桩底到K点距离为h： 得：h=1.65m取稳定安全系数为1.2。因此，钢板桩的最小入土深度为tt=（1.65+1.56+3.9）1.2=8.53m，即钢板桩底标高为-9.55m，钢板桩的总长度为LL=9.55+4.52+0.5=14.57m2.1.5钢板桩支撑梁确定钢板桩入土范围内容重及主动系数进行加权平均值计算得：=17.35KN/ m3 ， Ka=0.57悬臂端最大允许跨度：考虑到最大允许跨度及施工干扰，第

7、二道支撑取距离承台顶0.8m，标高+3.5m。第一道支撑标高为+4.52m，距离钢板桩顶部0.5m。均满足悬臂端最大允许跨度要求。横向纵向分别在中间位置设置一道支撑，纵向再在两侧辅以八字形斜撑，支撑采用32510钢管。钢板桩及内支撑结构形式见下图。按照基础工程支撑内力简化计算，第二道支撑反力为支撑至零弯矩点范围内土压力及支撑至第一道支撑范围内土压力之和。Tc2=87.85KN2.1.6钢板桩耗材计算序号材料名称型号长度单位重（Kg/m)总重（T）1钢板拉森1325.877599.4 2钢围囹HN350*17514048.246.8 3支撑325*1065.3877.6845.1 4封底混凝土（

8、m3）65.3 2.2钢板桩验算2.2.1抗倾覆验算当封底混凝土浇筑完毕，围堰内水被抽干以后，此时为最不利工况。不考虑基坑内的支撑作用，钢板桩内外侧土压力可能会使钢板桩绕钢板桩桩底转动，向基坑内倾覆。a=17.35KN/m3 Ka=0.57同理计算p，Kp得：p=17.23，Kp=2.245由得：Ks=2.81.0显然，满足抗倾覆性要求。2.2.2坑底流沙验算随着水力坡度的增大，水的渗透压力随之增大。当水的渗透力大于土体的浮容重时，土壤无法承受任何载重而产生流沙现象。在实际施工中，当吸泥清孔至支撑梁以下，抽干围堰内水安装支梁时，这种情况可能会出现流沙反涌现象。根据公式 Kiws其中：K安全系数

9、，此处取K=2i-水力坡度，,h为内外水位差，设吸泥至+3.5m标高时，安装支撑梁。2101.02/(1.02+t) 9.5得t1.13m，显然钢板桩入土深度满足要求。2.2.3基坑底部隆起验算Prandtl(普朗德尔)公式(Ks 1.11.2)，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部)：其中：c、 为基坑底部土的固结抗剪强度指标，c=20.8，=32.20=23.7=36=1.71.1，满足规范要求。隆起量验算公式式中-基坑底面向上位移(mm);n-从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;ri-第i层土的重度(kN/m3)；hi-第i层土的厚度(m);q-基坑顶面的地面超

10、载(kPa);D-桩(墙)的嵌入长度(m);H-基坑的开挖深度(m);c-桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);-桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);r-桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3); 得出：=77.7mm实际施工中，封底混凝土能抑制基坑底部隆起。2.2.4围囹受力验算围囹采用两个HN350175117钢焊接共同受力，主要承受土压力引起的弯矩和支撑梁的轴向压力作用，轴向压力基本上可以忽略，故只验算最大弯矩应力是否满足要求。取第二道支撑梁进行计算，把围囹看成2跨简支梁进行受力分析，作用在每米上的压力为87.85KN，计算中看成均布荷载。利用sap进行受力分析，Mmax=2

11、80.41KN.m，Nmax=279KN(如图)围囹4跨简支梁sap弯矩分析图围囹4跨简支梁sap支点反力分析图已知HN350175参数w=7.77110-4m3 ，A=1.73910-3m2HN250125钢承受的最大正应力：得出max=196.5Mpa=215 Mpa，满足规范要求。2.2.5内支撑受力验算7.3m横撑受力计算结合现场情况，横撑采用32510钢管，承受轴向压力作用。利用sap进行受力分析，横向支撑支反力Nmax=279KN。32510钢管=7.3/111.410-3=66,查表轴心受压构件的稳定系数得=0.77432510钢管容许应力=0.774215=166Mpamax=28.2Mpa