桥梁主墩基础施工围堰钢板桩计算书验算书

1、新建*标*路改桥1#特大桥连续梁主墩基坑钢板桩支护检算书*集团*工程指挥部附 *路改桥1号特大桥连续梁主墩基坑钢板桩支护检算书一、工程概况*路改桥1号特大桥为太中银铁路两线与*西南环线两线并行地段，设计为两座双线桥并行，两双线桥中心线间距17.3m，该桥在铁路里程为DK25+831.85(公路里程为K782+690)跨越太长高速公路，桥形设计为 48+80+48m连续梁，80m主跨上跨*高速公路，与公路的交叉角度为63.78。设计预留高速公路净宽40m（双向八车道），预留净高5.5m，具体平面位置及立面位置详见下页：*路该桥1号特大桥与太长高速公路位置关系图。*路改桥1号特大桥两并行双线桥连续

2、梁主墩分别位于太长高速公路两侧，基础为钻孔桩基础，承台为双层承台，底层承台尺寸为14.5m14.5m，一层承台高度为3.5m，二层加台高度为2.0m，承台底设计标高763.55m，原地面769.70m，太长高速公路路基填土高度5.0m，中央分隔带处标高774.59m（实测标高），基坑开挖深度为：6.15m（距原地面）。该区域地质情况为地面以下15m内基本为粉质黏土、黏土，基本水位为-0.7m。基本力学参数为：土壤粘聚力C=9-68KPa，内摩擦角=1.0-32.8，容重=20KN/m3。地层情况较复杂，原地面以下15m范围内地质情况变化较大。鉴于以上地质情况，结合208国道特大桥48+80+4

3、8m连续梁主墩基坑钢板桩支护的实际效果（开挖深度8m），为确保高速公路路基及施工安全，*路改桥1号特大桥主墩承台基坑开挖采用井点降水配合钢板桩围堰支护方案，为防止打拔钢板桩时的震动对公路路基造成影响，沿公路路基坡角打一排0.6m、深12m水泥搅拌桩，起到隔震隔水作用。二、钢板桩围堰结构设计根据设计院提供地质资料，主墩所处地下水位高（-0.7m），地层土质含水量基本饱和，土层内摩擦角小，经过反复考证验算，为确保安全，主墩基坑开挖采用钢板桩支护的同时，须采用井点降水对地层中的地下水进行降低，以改良土质力学性质，并便于施工。井点降水措施为：二级井点降水，详见下图。根据我标段208国道特大桥相近地质条

4、件基坑井点降水的经验和效果，以及已施工完的桩基对钢板桩的支撑作用，经过以上井点降水后，其地层的力学参数可选定为：基坑外侧：土壤粘聚力C=45KPa，内摩擦角=10，容重=20KN/m3。基坑内侧：土壤粘聚力C=45KPa，内摩擦角=25，容重=20KN/m3。钢板桩平面尺寸为16.8m16.8m，每边净空1.15m满足施工要求。采用进口拉森IV钢板桩，长为13m，钢板桩顶面与原地面齐平，板桩入土深度为6.55m，单个基坑共计用普桩164片，角桩4片。内设二道内支撑与一道临时支撑。拉森钢板桩截面参数截面类型截面尺寸单根参数每米墙面参数宽高厚截面积A理论重量G惯性矩IX截面模数WX截面积A理论重量

5、G惯性矩IX截面模数WXmmmmmmcm2kg/mm4m3cm2/mkg/m2cm4/mcm3/mSP-IV40017015.596.976.14670362242190386002270三、基本数据（一）、检算依据1、简明施工计算手册 建筑工业出版社2、工程师手册桥梁 建筑工业出版社3、钢结构 武汉工业大学出版社 4、材料力学 高等教育出版社5、土质学与土力学（二）、材料表名称型号单位数量（m）质量(kg/m)质量(t)备 注钢板桩SP-IVm218476.1166.2包括角桩工字钢I25am15638.15.944工字钢I32am201.652.710.624工字钢I40am31267.6

6、21.091工字钢I50am403.293.437.659合 计钢板桩：155.244t，工字钢：75.318t（三）土层性质基坑外侧：土壤粘聚力C=45KPa，内摩擦角=10，容重=20KN/m3。基坑内侧：土壤粘聚力C=45KPa，内摩擦角=25，容重=20KN/m3。（四）外部荷载由于考虑了太长高速公路5m高路基传递的全部压力，并未折减，高速公路上的车辆等的外部荷载就不再考虑。（五）荷载计算1、计算参数基坑外侧主动土压力系数（取=10）：ka=tg2(45o/2)=0.70基坑内侧被动土压力系数（取=25）：kP=tg2 (45o+/2)=2.462、承台底主动土最大压强（混凝土垫层底）

7、：emax=ka（H+h）=200.70（5.0+6.45）=160.3 kpa 四、钢板桩围堰设计（一）钢板桩及支撑的布置和计算为了充分发挥钢板桩的抗弯强度，使钢板桩材料用量最经济，采用等弯矩法布置内支撑。这种布置是将支撑布置为使钢板桩各跨度的最大弯矩相等，且等于板桩的允许抵抗弯矩，以便充分发挥板桩的抗弯强度。其计算步骤如下：1、施工中采用的拉森IV型钢板桩参数： 截面模量： Wz2270cm3 抗弯强度设计值： f=200 MPa2、钢板桩可承受最大弯矩：Mmax = WZf= 227010-6200106= 454 KNm3、根据钢板桩可承受的最大抵抗弯矩计算钢板桩悬臂部分的最大允许跨度

8、由： Mmax =kah3/6 得： h=6Mmax/（ka） 1/3=6454103/（201030.70） 1/3=5.79 m4、弯矩法布置内支撑，则有：h1=1.1h=6.37m h2=0.88h=5.10m h3=0.77h=4.46m 基坑计算深度为5.0+6.15+0.3=11.45m。根据施工实际需要，布置2层内支撑和1层临时支撑，如“钢板桩围堰立面图”所示。 （二）采有盾恩近似法计算钢板桩入土深度及内支撑反力计算（过程验算）1、第一道内支撑安装后，开挖至第二道支撑以下0.5m时的受力验算（1）绘出钢板桩上土压力分布图，经简化后土压力分布图如下图所示。（2）假定作用在钢板桩FC

9、段上的荷载FHEC，一半传给了F点上，另一半由坑底被动土压力BDC承受，由图所示几何关系可得：0.5Ka7.85(2.5+X)=0.5(Kp-Ka)X2(2.46-0.7) X2-7.850.7X-7.850.72.5=01.76X2-5.495X-13.7375=0求得X=4.76m实际打入施工时，钢板桩的入土深度为10.15m，满足最小入土深度要求。（3）坑底被动土压力的合力P的作用点，在离坑底2/3X处的M点，假定M点即为钢板桩入土部分的固定点，所以板桩最下面一跨度为：FM=2.5+2/34.76=5.67m（4）假定F、M两点皆为固定端，受均布力P=109.9KPa，则可近似地按两端固

10、定计算F点的弯矩：M=297KN.m，小于钢板桩可承受的最大弯矩454 KNm。钢板桩满足受力要求。（5）计算内支撑反力按照“支撑的等弯矩布置图”，计算横梁所承受的均布水平荷载Pn。即假定横梁承受相邻两跨各半跨上的土压力。P1=0.5*0.7*20*(5.35+5.67/2)2-0.5*0.7*20*52=469-175 =294 KN/m2、第二道内支撑安装后，开挖第三层临时支撑以下0.5m时的受力验算（1）绘出钢板桩上土压力分布图，经简化后土压力分布图如下图所示。（2）假定作用在钢板桩FC段上的荷载FHEC，一半传给了F点上，另一半由坑底被动土压力BDC承受，由图所示几何关系可得：0.5K

11、a9.85(2.5+X)=0.5(Kp-Ka)X2(2.46-0.7) X2-9.850.7X-9.850.72.5=01.76X2-6.895X-17.2375=0求得X=5.65m实际打入施工时，钢板桩的入土深度为8.15m，满足最小入土深度要求。（3）坑底被动土压力的合力P的作用点，在离坑底2/3X处的M点，假定M点即为钢板桩入土部分的固定点，所以板桩最下面一跨度为：FM=2.5+2/35.65=6.27m（4）假定F、M两点皆为固定端，受均布力P=137.9KPa，则可近似地按两端固定计算F点的弯矩：M=455KN.m，取最大弯矩折减系数0.85，则0.8M=0.85455=387 K

12、N.m，小于钢板桩可承受的最大弯矩454 KNm，钢板桩满足受力要求。（5）计算内支撑反力按照“支撑的等弯矩布置图”，计算横梁所承受的均布水平荷载Pn。即假定横梁承受相邻两跨各半跨上的土压力。P1=0.5*0.7*20*6.352-0.5*0.7*20*52 =282-175 =107 KN/mP2=0.5*0.7*20*(5.35+2+6.27/2)2- 0.5*0.7*20*(5.35+2/2)2=770-282 =488 KN/m3、临时支撑安装以后开挖至承台底设计标高以下0.3m时的受力验算（1）绘出钢板桩上土压力分布图，经简化后土压力分布图如下图所示。（2）假定作用在钢板桩FC段上的

13、荷载FHEC，一半传给了F点上，另一半由坑底被动土压力BDC承受，由图所示几何关系可得：0.5Ka11.45(2.1+X)=0.5(Kp-Ka)X2(2.46-0.7) X2-11.450.7X-11.450.72.1=01.76X2-8.015X-16.8315=0求得X=6.12m实际打入施工时，钢板桩的入土深度为6.55m，满足最小入土深度要求。（3）坑底被动土压力的合力P的作用点，在离坑底2/3X处的M点，假定M点即为钢板桩入土部分的固定点，所以板桩最下面一跨度为：FM=2.1+2/36.12=6.18m（4）假定F、M两点皆为固定端，受均布力P=160.3KPa，则可近似地按两端固定

14、计算F点的弯矩：M=513KN.m，取最大弯矩折减系数0.85，则0.8M=0.85513=436 KN.m，小于钢板桩可承受的最大弯矩454 KNm，钢板桩满足受力要求。（5）计算内支撑反力按照“支撑的等弯矩布置图”，计算横梁所承受的均布水平荷载Pn。即假定横梁承受相邻两跨各半跨上的土压力。P1=0.5*0.7*20*6.352-0.5*0.7*20*52 =282-175 =107 KN/mP2=0.5*0.7*20*(5.35+2+2/2)2- 0.5*0.7*20*6.352 =488-282 =206KN/mP3=0.5*0.7*20*(5.35+2+2+6.18/2)2- 0.5*

15、0.7*20*(5.35+2+2/2)2 =1083-488 =595 KN/m4、混凝土垫层作为刚性支撑，拆除临时支撑后受力检算：（1）绘出钢板桩上土压力分布图，经简化后土压力分布图如下图所示。（2）混凝土垫层作为刚性支撑，钢板桩入土深度不再作验算，在该受力状态下验算第二层内支撑受力及混凝土受力。按照“支撑的等弯矩布置图”，计算横梁所承受的均布水平荷载Pn。即假定横梁承受相邻两跨各半跨上的土压力。P1=107 KN/mP2=0.5*0.7*20*(5.35+2+4.1/2)2- 0.5*0.7*20*(5.35+2/2)2 =619-282=337 KN/mP混=0.5*0.7*20*(5.

16、35+2+4.1)2- 619 =918-619=299 KN/m5、综上，内支撑取值分别为：P1=294 KN/m，P2=488 KN/m，P3=595 KN/m，P混=299 KN/m；（三）基坑底部的抗隆起验算假定在坑壁土重力G作用下，其下部的软土地基沿圆桩面BC产生滑动和破坏，失去稳定的地基土绕圆柱面中心轴转动，则：转动力矩： Mov=Gt2/2=11.45206.552/2=4912 KNm稳定力矩： Mr=t2=3.14456.552=6062 KNm抗隆起安全系数K= Mr /Mov=1.2341.2（满足抗隆起要求）其中：取=C=45KPa。在该式中，稳定力矩未考虑土体与板桩间

17、的摩擦力以及垂直面AB上土的抗剪强度对土体下滑的阻力和水泥搅拌桩的挡土墙作用，故偏于安全。（四）内支撑设计为简化计算，内支撑边梁按连续梁计算，内部支撑杆件为抗拉压杆件，具体计算如下：1、第一层内支撑第一层支撑反力P1= 294 KN/m边梁受力简图如下：（1）边梁受力检算：边梁所受最大弯矩为Mmax=284KNm，最大轴向压力为Fmax=1004KN，最大剪力为Vmax=535KN。拟采用三肢I32a工字钢卧放，其Wi=692cm3，A=67cm2。正应力为：=Mmax/Wi+Fmax/A=284 KNm /(692 cm33）+1004KN /（67cm23） =136.8+50 =186.

18、8 MPa=205 MPa（正应力满足要求）剪应力为：=Vmax/A=535KN/（67cm23）=26.6 MPa=120 MPa（剪应力满足要求）（2）斜撑受力检算：因各斜杆材料一样，且受力形式一样，这里选取轴力最大的支撑进行检算。拟采用双肢I25a工字钢卧放，其Wi=402cm3，A=48.5cm2。因大小支撑间用型钢连成桁架式，所以斜撑杆不作长细比计算。最大轴力：Nmax=1004=1420KN=Nmax/A=1420KN /（48.5cm22） =146.4MPa=205 MPa（正应力满足要求）结论：第一层内支撑边梁采用三肢I32a工字钢卧放、斜撑采用双肢I25a工字钢卧放，可满足

19、受力要求。第一层内支撑边梁利用208国道特大桥主墩钢板桩围堰第一层内支撑边梁（2I32a），在此基础上再加一片I32a工字钢，斜撑直接利用。*路改桥1号特大桥左线144#主墩距离路基边坡坡脚较近，从保证公路安全方面考虑，该基坑钢板桩围堰第一层内支撑直接利用208国道特大桥主墩钢板桩围堰第二层内支撑（边梁采用三肢I40a工字钢卧放、斜撑采用双肢I32a工字钢卧放）。2、第二层内支撑第二层支撑反力P2= 488 KN/m边梁受力简图如下：（1）边梁受力检算：边梁所受最大弯矩为Mmax=472KNm，最大轴向压力为Fmax=1666KN，最大剪力为Vmax=889KN。拟采用三肢I45b工字钢卧放，

20、其Wi=1500cm3，A=111.4cm2。正应力为：=Mmax/Wi+Fmax/A=472 KNm /(1500cm33）+1666KN /（111.4cm23） =104.9+49.9 =154.8MPa=205 MPa（正应力满足要求）剪应力为：=Vmax/A=889KN/（111.4cm23）=26.6 MPa=120 MPa（剪应力满足要求）（2）斜撑受力检算：因各斜杆材料一样，且受力形式一样，这里选取轴力最大的支撑进行检算。拟采用双肢I40a工字钢卧放，其Wi=1085cm3，A=86cm2。因大小支撑间用型钢连成桁架式，所以斜撑杆不作长细比计算。最大轴力：Nmax=1666=2356KN=Nmax/A=2356KN /（86cm22） =137MPa=205 MPa（正应力满足要求）结论：第二层内支撑边梁采用三肢I45b工字钢卧放、斜撑采用双肢I40a工字钢卧放，可满足受力要求。3、第三层内支撑第三层支撑反力