xxx大桥锁口钢管桩桩计算书

1、xxx 大桥主墩承台锁口钢管桩围堰设计计算书算核计复2012 年 11月目录一、 工程概况 3二 设计依据及主要参考资料 3三 主要施工参数 3四、钢管桩入土深度计算 4五、内支撑布置计算 6六、 基坑底部隆起验算 . 8七、基坑底管涌验算 815八、封底砼强度验算 9九、支承杆（按u600X 10的钢管检算）10十、抗浮稳定验算 11十一、 嵌岩深度计算 11xxx 大桥锁口钢管桩围堰设计计算书一、 工程概况XXX大桥起于K0+344止于K1+231,桥梁全长887m桥梁分左右幅，主桥设计为 45m+100m+300m+100m+4斜拉桥，单幅桥面宽13.5m,主塔墩下部采用锥形柱桥墩，承

2、台结构尺寸为25mX 19mX 5m其下设计为16根u 2m桩基。5#6#为主墩，墩基础位于 邕江河道深水中，河床主要以泥质砂岩和泥岩层为主，设计桩基嵌入中风化泥岩层中， 5#墩桩基有效桩长60m承台采用锁口钢管桩围堰施工，采用一阶形式，承台底标高为 55.428m,承台顶标高为60.428m。结合工程实际，施工水位标高为 64m,强风化泥岩层 河床标高为58.2m。现对5#墩围堰进行安全性检算。二 设计依据及主要参考资料（1）设计图纸及相关设计参数（ 2）钢结构设计规范 GB 50017-2003（3）公路桥涵地基基础设计规范（4）铁路桥涵地基和基础设计规范 （GB 10002.5-2005

3、）（5）装配式公路钢桥多用途使用手册（6）路桥施工计算手册（7）混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）（8）建筑结构荷载规范 （GB 50009-2001）（9）简明施工计算手册三 主要施工参数1、计算水位：64m 计算水流速度 V=2.0m/s。2、 锁口钢管桩围堰标高：66.5m；承台底面标高：55.428m；承台厚5m；承台顶标 咼60.428m；现场实测河床面标咼 58.2m。3、 地质情况：河床以下范围内为强风化泥岩，抗压强度平均为3.42MPa,厚度约20m取值：强风化泥岩的重度为：=27KN/m3内摩擦角 =20°,水容重为f10 kN/m?;4、桩身外地面均

4、布荷载按0 kN/m2计。5、围堰内200cm厚C30封底砼。四、钢管桩入土深度计算单根桩上端为简支，下端为固定支撑，钢管桩入土深度的计算采用等值梁法，即将 土压力为零的深度处近似视为钢板桩地下部分的反弯点(正负弯矩转折点位置)，该点以上部分钢管桩内力与该点作为固定支撑，各支撑点简化多跨连续梁的内力是等值的。Pi u =(KKp _ Ka)式中，为土容重；K为被动土压力修改系数，取1.7 ；K a为主动土压力系数；Kp被动土压力系数；Pl为总的主动压力(土体及水压力),Pi = whi h2 K ah1 =5.8m土质的内摩擦角 '取20° , 土的容重 为27kN/m3,水

5、的容重为 w=10 kN/m3o主动土压力系数a =tan (45 - /2) =0.49;被动土压力系数Kp=taJ(45/2)=20P1二 wh h?Ka =10*5.8+27*2*0.49=84.46 kN/mP1(g _ Ka)=84.46/( 27*( 1.7*2-0.49 ) =1.07m钢板桩入土深度t的确定,即t=u+x，其中x根据Pc和钢板桩C点以下部分的被动土压力与主动土压力之和对桩底端力矩相等求得。RR2R1.320100220 I1000图3.2钢管桩受力分析2=84.46 kN/m ；R=229 kN1P w0 h?Kx6RC(KKp _ Ka)2=4.18m得钢管桩

6、入土深度 t=u+x=1.07+4.18=5.25m五、内支撑布置计算(1) 作用于钢管桩上的土压力强度及压力ka=tg2( 45° - u 12)= tg 2(45° -20 ° 12)=0.49Kp= tg 2 (45° + /2 ) = tg 2 (45° +40° /2 ) =2.0桩顶以下土压力强度Pa：Pa= (r-rw ) * (58.2-53.428 ) *Ka=(18-10) *4.772*0.492=18.706KN/m水压力(围堰抽水后)Pa3:Pc3=rw*(64-53.428)=10*10.5722 =105

7、.72 KN/m则总的主动压力(土体及水压力)Ea:Ea=124.426 KN/m2(2) 确定内支撑层数及间距按等弯距布置确定各层支撑的间距，根据拉森W型钢板桩能承受的最大弯距确定 板桩顶悬臂端的最大允许跨度 h:根据:13卄 M max =6 Eh(T J =(简明施工计算手册)cJ -钢板桩允许弯曲应力，取为190MPa土的重度ka 主动土压力系数W 钢管桩的截面抗弯模量2791cm则:6fw h=rka=330cm=3.3m计算支撑间距，按照支撑等弯矩布置，把钢板桩视作承受三角形荷载的连续梁,(简明施工计算手册图3-1 )解之得:h1=1.11h=1.11*3.3=3.66m h2=0

8、.88H=0.88*3.3=2.904mh3=0.77H=0.77*3.3=2.541mh4=0.7H=0.7*3.3=2.31m根据具体施工情况，调整支撑间距，内部采用四层支撑，第一层距管桩顶3.5m (考虑第一层支撑在水面以下)，支撑中心平面标高63m 第二层距离钢管桩顶5.5m，考虑支撑位于承台顶面以上，支撑中心平面标高为61m 第三层距离钢管桩顶8.5m，考虑到围堰抽水后，在河床面支撑，支撑中心平面标咼为58m第四层为临时支撑，设置在封底砼顶面以上，支撑中心平面标高为56m封底砼施 工完毕后将其拆除。具体布置情况见图1。；i Mil'll 11 7_ - ir>11*17

9、 窝飞-一宀j13呻:'criuri轨 428tol S5.428.Vi2 2图1锁口钢管桩围堰支撑布置图r 51.5i WFT(3)各内支撑反力采用简支梁法近似计算各内支撑反力。根据 Pn=1/2 X 丫 x KaX DX (hn+hn+1)Pn-所求横梁支点承受的土压力丫 - 土的重度Ka-主动土压力系数D-横梁支点至桩顶距离hn- 横梁支点至上一支点的距离hn+1- 横梁支点至下一支点的距离第一道支撑主要承受水压力：P1=10X 1 X 3.5=35KN/m第二道支撑处：P2=1/2X10X1X5.5X(2+3)=137.5KN/m第三道支撑处： P3=1/2X18X0.49X8

10、.5X(3+3)=224.91KN/m。第四道支撑处：P4=1/2X18X0.49X10.5X(2+3)=463.05KN/m。u 630*10支撑钢管为Q235钢，容许抗压强度为179MP©安全。为增强钢管支撑的稳定性，可对水平支撑钢管增加竖向支撑。六、基坑底部隆起验算考虑地基土质均匀 , 依据地质勘察资料 , 其土体力学指标如下 :r=18KN/m3,粘聚力取 c=63.5Kpaq=10*(64-53.428 )=10.572KN/m2由抗隆起安全系数K=2n C/ (q+rh )> 1.2则：K=2*3.142*63.5/ (10*10.572+(27-10)* (58.

11、2-53.428 ) )=2.13 > 1.2 故不会发生隆起。七、基坑底管涌验算根据不发生管涌条件：K= (hz +2t) r / / ( h ' rw) > 1.5式中： h 水面至坑底距离t 钢板桩入土深度rw 水重度k- 抗管涌安全系数r 土的浮容重3r =rs-rw=27-10.0=17 KN/m 3,3t=5.3m ；h=10.572m ； rw=10.0 KN/m3则：K=(10.572+2*5.3)*17/ (10.572*10 )=3.4 > 1.5即当钢板桩入土深度超过5.3m时，不会发生管涌。八、封底砼强度验算根据设计文件给出的地质情况，围堰底为

12、强风化泥岩，岩层厚度大于20m其下为中风化泥岩，均为不透水岩层，可抽水后明挖，并浇筑砼垫层。1 、验算是否可采用干封底（垫层）根据A* 丫 *h+c*u*h >A* 丫 w*hw（简明施工计算手册）A-围堰底部面积 m,为 37.46*27.92=934.2 ;丫 ' - 土的浮容重KN/m,取为27;h-不透水层厚度m取为20mC- 土的粘聚力，KN/m取为63.5 ;u-围堰内壁周长 m取为122.76 ;丫 w-水容重KN/n3，取为10;hw-透水层的水头高度m取为5.8则：934.2*27*20+63.5*122.76*20=660373.2934.2*10*5.8=5

13、4183.6660373.2>54183.6故可采取干封底。2、如岩层由于裂隙、溶洞等不良地质情况，可在围堰内回灌水后，进行水封底砼施工。封底砼米用水下 C30砼。M1、将封底砼近似简化为周边简支支承板的双向板计算，承受均布荷载时跨中弯矩M2可按下式计算（简明施工计算手册）:M=ai p 11 M2=a2 巾112ai、a2-弯矩系数，L1/L2=0.82，ai=0.062;a 2=0.042p-静水压力形成的荷载（kN/m2）；假定封底混凝土取 2.0m,p=（64-53.428） X 10-2*24=57.72 kN/m 2l 1-矩形板的计算跨度，取小跨，为 27.92m。Mna=

14、0.062 X 57.72 X 27.922=2789.6 kN m封底砼厚度计算h：bfct3.5 kM max其中：k为安全系数，取2.65b 计算宽度，取b =1 000mmfct 砼抗拉强度(C30 ) fct=1.4MPahu附加厚度,hu =0.30.5 m 取0.3，故:9.3 M maxb fct+ hu = 4.3+0.3=4.6 m该计算中没有考虑桩基础与封底砼之间的摩擦力、 握裹力，封底砼与钢板桩之间的 摩擦力，由于渗水造成的水压力的损失，由于钻孔桩造成的跨境的损失，以上这些都大 大减小封底砼的弯矩，根据经验值，该封底砼采用C30砼、厚度2m可以满足封底要求九、支承杆（按

15、© 600X 10的钢管检算）1、钢管截面积A=1/4 n (D2-d 2) = n /4*(60 2-58)=185.26cm22、钢管的回转半径l =0.354*(D+d)/2=0.354*(60+58)/2=20.88cm3、钢管的长细比查表=0.957入=卩 1/ I =650*1/20.88=30.954、钢管的稳定性(T =e/ A=124575/0.957*185.262 2 =702.647kg/cm v 2150 kg/cm通过检算U 600X10mm钢管稳定性满足要求，现场可采用 U 630x 10mm的螺旋钢管 做为支撑杆。所有围囹采用相同的材料制作围囹和支承杆

16、，第二、三层临时支承采用 630 x 10mm的钢管支撑在桩基护筒或临时管桩上，第二层采取逐步置换的方法，将支撑由桩上转化到过桥支撑上，必要时可在基底附近增加第四层支撑，第三层钢管支撑浇筑封底砼后且达到一定强度后将支承杆拆除。十、抗浮稳定验算封底混凝土等级C30,厚2.0m,施工水位64m,封底混凝土底面高程53.428m,主墩 处河床强风化泥岩层最低标高58.2m，则水头差h=10.572mo主墩承台下共有16根 u 2ntt 基，查路桥计算施工手册，取桩基与封底混凝土的摩阻力t =120kP&围堰内部尺寸28.55mx 34.1m，其中16个钢护筒2.4m,则基底净面积是973 .

17、55 m2。水浮力：p *A=10X 10.572 x 973.55 =102923.7kN ;封底混凝土 自重：G =程=24X 2.0 X 973.55=46730.4kN ;桩基与封底混凝土的摩阻力：F 二 S=120X 16X 3.14 X 2.4 X 2.0=28938.2kN ;钢管桩对水浮力稳定作用取下两式计算的较小值：(1) 钢管桩与封底混凝土的摩阻力F = S=120X (3.14 X 0.63/2+0.16) X 158X 2.0=43573.8kN(2) 钢管桩抗拔力(钢管桩与泥岩层摩阻力 +钢管桩自重) 钢管桩与泥岩层摩阻力F=158 X 1.5 X( 3.14 X 0

18、.63+0.16 x 2)X 40+158X( 58.2-53.428 ) X(3.14 X 0.63/2+0.16 ) X 40=56442.7kN钢管桩自重F=158X 13 X (155.3+33.4+12.56)+28.9+78.9 X 10/1000=4304.2kN抗拔力 F=56442.7+4304.2=60746.9kN锁口钢管桩数量158根，钢管桩与强风化泥岩层面摩阻力按1/3极限摩阻力计算取40kPa,封底混凝土底面下钢管入土深度1.5m,单个锁口钢管桩中钢管桩u 630mm< 10mm 单重155.3kg/m ; 4个不等边角钢L100mrtK 80mM 6mr单重8.35 x 4=33.4kg/m ;焊接钢板 160mr 10mr单重12.56kg/m ;三角加劲钢板80mrX 60mrX 10mm单块0.19kg ;位于钢管 桩底部0.5m长补强圈，单重157.8 kg/m。则抗浮系数：G - F46730 .4 - 28938 .2 - 43573 .8k1.16 >1.0P102923 .7满足要求