水中承台钢板桩围堰计算书

1、水中承台钢板桩围堰方案一、工程概况太中银铁路东自枢纽的站引出，经的、晋中、吕梁，跨黄河入省市，西进入自治区市，在包兰铁路黄羊湾站接轨至中卫；同时修建定边至的联络线。正线长约752km， 联络线长约 192km。永宁黄河特大桥为全线重点控制工程的两桥一隧之一。永宁黄河桥中心里程LDK672+962.76,孔跨布置为(2-32m) + (4-24m) + (38-32m)单线简支 T 梁 + (18-48m) 单线简支箱梁+ (13-96m)简支钢桁结合梁+ (5-48m)单线简支箱梁+ (4-32m)单线简支 T 梁，桥长 3942.08m。桥址位于平原中部，横跨黄河，河面宽约 800米，最大水

2、深 5.7 米,流速 2.0 米/ 秒, 设计水位 1111.68 米, 最高通航水位 1111.55 米, 测时水位 1110.09 米；63#墩-70# 墩 处在河中，其中 63#墩、67#墩-70# 墩处在河中， 64#墩-66# 墩处在河中的冲积漫滩上， 地层多为巨厚的粉、细砂层；承台尺寸均为 14.6*14.6*6.5 米, 底标高均为 1099.06 米, 每个承台下设16根© 1.5米钻孔桩,基础混凝土均为C30，桥址地质柱状图如下:工强名称蜀艮龙躱至中卫至银川嶽踣J评第处孔59孔坐标S = 42333C6.00工点名称尿宁黃诃特九桥孔口阴10?J6 mE = OIQV

3、G.OOQ5-ZD-5&开工咔2OT5 7 取初JU位深廈I aLDMB74+DM.OO畑期2005 7 M稳文水值深廈北层同（耐层黒（耐址层刑帀 比河尺I3W岩土菁述$4:J©6.50100.666.MjW JZ1於芒细砂，天然密度2.01】/匚杓3,内摩擦 角24度，凝聚力匚=耳|沁”粒径 Gn）:0.5-0.25（2.7%）； 0.25-0.075（84%）; <0.075（13.3 %）/l'.5GC5b.ee5.0Cr细砂,粒径(鬥):0.5-0.25(3.5%);0.25-0.075(87.6%);<0.075(8.9%)1901?.506.m

4、细砂，粒径(厂n) : 0.5-0.25(4 %) ；0.25-0.075(85%) ； <0.075(11 %)7102；20问.査<7£细砂，粒径(门門)：0.5-0.25(7.5%);0.25-0.075(89.2%);<0.075(3.3%)Q?,111QC ;!i 二S.K细砂，粒径(nr):0.5-0.25(4%);0.25-0.075(85.9%);<0.075(10.1%)旳：1血:：二、钢板桩围堰方案综述综合考虑河中水文特点及地质情况，从节约成本出发，承台基坑施工拟采用钢板桩围堰方案承台平面尺寸为14.6mx 14.6m,钢围堰平面尺寸设计为

5、 16.8mX 16.8m。方案一：采用2根15米宽0.4m的ISP- W钢板桩接长至30m围堰完成一般冲刷及 局部冲刷后，钢板桩埋入砂层 6米，未满足钢板桩固结所需求的入土深度，围堰外侧设 30根© 800X10mm 30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。方案二：主要考虑钢板桩较长无法全部打入砂层中时，采用2根12米钢板桩接长至24m围堰完成一般冲刷及局部冲刷后，河床面至钢板桩围堰底，采用抛填袋装碎石埋没 钢板桩围堰，抛填高度为6米，围堰外侧设30根© 800x 10mm 30m长钢管桩用于稳定钢 板桩围堰，防止其倾覆。承台底至水面钢板桩长12.49m,为保证抽水

6、后钢板桩安全，基坑支撑的施工与基坑水 位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，结合实际，共设五层支 撑围囹，顶层采用2I40a槽钢制成，其余每层围囹采用 2145c工字钢制成，每层围囹间 隔2.5m。每层围囹侧采用8根© 600X10mnffl管斜支撑，钢管长分别为 9.5m，4.75m。钢围堰及外侧支撑钢管平面布置图如下：寸44441G.B支撑围囹平面图如下:钢围囹3,3613f3G3,363.3G3,36三、方案一情况下钢板桩围堰计算1、钢板桩冲刷计算1.1、一般冲刷计算按公路工程水文勘测设计规(JTG C30-2002) 64-2简化式计算:Q2 .0.90 .

7、 hp仙七)看Bc .0.66)Beg)式中:hp 桥下一般冲刷后的最大水深(m)；Qp 频率为P%的设计流量(m3/s)；Q2 桥下河槽部分通过的设计流量(m3/s),当河槽能扩宽至全桥时取用 Qp ；Qc 天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）;Qti 天然状态下桥下河滩部分设计流量（m3/s）;Bcg 桥长围的河槽宽度（m），当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；Bz 造床流量下的河槽宽度（m），对复式河床可取平摊水位时的河槽宽度；设计水位下，在Bcg宽度围，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；桥墩水流侧向压缩系数；hem 河槽最大水深（m）；A 单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A

8、d>1.8时，A可采用1.8 ；h z 造床流量下的河槽平均水深（m，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。 带入下表已知数据Q (m 3/s)hcmBz(m)Hz(m)Q1 (m3/s)Qc(m/s)5750.005.70550.003.40706.00 15044.00Bc(m)Bcg(m)阻水面积（m2）总过水面积（m2）550.00550.000.96193.82875.00计算得hp=8.27m1.2、局部冲刷计算按公路工程水文勘测设计规（JTG C30-2002） 65-2简化式计算:当 V < V。hbK K 2B10.6hp0.15(VvV0)V0当 V>V。

9、1hbK K 2B1°.6hp°.15(VvV°)n2V00.0023-0.24K 2220.375ddV00.28(d0.7)0.5V00.12(d0.5)0.55式中:hb 桥墩局部冲刷深度（m ；K 墩形系数；Bi桥墩计算宽度（m；hp 一般冲刷后的最大水深（m ；d 河床泥沙平均粒径（mm；K 2河床颗粒影响系数；Vo 河床泥沙起动流速（m/s）;V 墩前泥沙起动流速（m/s）；匕一指数V 一般冲刷后墩前行进流速（m/s）Ad0.11.04Bc0.34 (hem )2/3 v(i(亍e式中:Ve 河槽平均流速（m/s）； he 河槽平均水深（m。 代入下表

10、已知数据KhcmheB(m)hp(m)d (mm)Ve1.055.703.40178.270.202.00Bz(m)Hz(m)Q(m3/s)Qe(n3/s)Be(m)Beg(m)550.003.405044.005044.00550.00550.000.96计算得hb=15.02m2、封底混凝土计算2.1、荷载计算水下封底混凝土承受的荷载应按施工中最不利的情况考虑，即在围堰封底以后，围堰的水被排干，封底素混凝土将受到可能产生的向上水压力的作用，现以此荷载（即为 水头高度减去封底混凝土的重量）作为计算值。采用2m厚C25混凝土封底，取1m宽计算，水面至承台底的高度h=1111.55 1099.0

11、6=12.49m，混凝土主要受静水压力及自重作用。线荷载 q = 丫（h+2） X 1.0 24X 2X 1.0=96.9KN/m2.2、材料力学性能参数及指标2.55 104MPa 10.667 m36乎 °667m42m22.3、力学模型2.4、承载力计算采用清华大学SM Solver进行结构分析:Mmax 1166.84kNmfmax 1.24mmt,maxMmax 1166.84 106W 0.667 1091.75MPaftk 1.78MPa，合格;fmax1.24mm 17000，合格。4003、围堰的抗浮稳定性计算围堰封底后，整个围堰受到被排水的向上浮力作用，应验算其抗

12、浮系数KoK=G/F1式中：G钢板桩重量(含支撑)+封底混凝土自重+桩基混凝土重量之和+桩基侧摩阻力F V 10 16.8 16.8 12.4935282kN1 516 根© 150cm桩基混凝土重量 G桩 16 混凝土 V=16 24()2 60=40715kN由G桩F,得G> F,即K1,贝U稳定性满足要求。4、钢板桩计算4.1、钢板桩入土深度计算钢板桩顶口未加围囹及对口支撑时，仅靠入土深度提供的土压力维持钢板桩的稳定。封底混凝土底面EE、荷载计算a、土压力计算土压力米用eakaHepkpH计算ka 主动土压力系数，ka tan （45 ）,为砂土的摩擦角（24 ）;kp

13、被动土压力系数，kp tan2（45-）；卜土层厚度（m ；土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重10.1 KN/m1m宽围的动水压力P 10KH B则土压力计算分别如下：主动土压力系数2ka tan (4524)0.4222被动土压力系数2kptan (4524)2.3712主动土压力eakax 4.2x2kN /m被动土压力epkp(8.8 x)10.1 2.371(8.8 x) 24(8.8 x) kN /m2b、动水压力计算动水压力采用P2v10KH -2gB 计算：K，此处取 2.0 ；H水深（m，此处为23.29m；v流速（m/s），此处为2m/s；B阻水宽度（m），此处为1

14、m丫一水的容重（kN /m3）; g重力加速度（m2/s ）。10 2 23.292g1 10932kN2 10、入土深度计算取1m宽围对B点取矩，令Mb 0，埋入深度为x米,得P(Hx) eax1 ep1 h223 p2承台底1099.06局部冲刷1088.26带入荷载解三次方程，经试算得：x=7.9m4.2、钢板桩稳定性计算由于水中冲刷太大，钢板桩不能满足固结条件，如钢板桩再接长，其打设入土困难， 并需对钢板桩进行截断处理，其经济上并不可取，对此，在钢板桩围堰外侧设30根© 800 x 10mm 30m长钢管桩与围堰联成整体，用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。钢板桩围堰处标高图如下

15、:桩顶 1112.05 |水面 1111.55般冲刷1103.28桩底 1082.05 I、荷载计算钢板桩受力图示如下:f2、f3、f4，钢板桩外设15排30根© 800X 10mm冈管桩，钢管桩给予的总拉力为F,要 使钢板桩保持稳定，各力对中心线00求矩，使得 M抗倾覆kM倾覆,k为安全系数（），此处取 1.8。（1）动水压力计算2动水压力采用 P 10KH B 计算：2gK，此处取 2.0 ；水深（m，此处为23.29m；v流速（m/s），此处为2m/s；B阻水宽度（m），此处为16.8m；丫一水的容重（10KN /m3）;g重力加速度(10m2 / s ) o2动水压力P 10

16、KH B2g10 2 23.29416.8 1015651 KN2 10(2) 土压力计算土压力按如下公式计算HEa ea 7 B $kaHE p e p H2 bkpH式中：ka 主动土压力系数,katan2(45 -),为砂土的摩擦角(24 );kp 被动土压力系数,kp2tan (45-)；卜土层厚度(m ；B 土层宽度(16.8m);土的容重，此处由于土层位于水中,取土的浮容重10.1 KN /m3 o则土压力计算分别如下:Ea1tan2 (45210.1tan (45024)6.2126 16.81381 KN2Ea22tan (45210.1tan (4515 0115.0116.

17、88066 KN2E p1tan2 (4524o2o10.1tan (4524oT)6.216.2116.87757 KN2Ep2tan2 (4524o亏)h22o10.1tan (4524oy)15.0115.0116.845320 KN2(3)摩擦力计算钢板桩侧与土的接触面水平投影长度L=(96.99/1.55 ) X (16.8/0.4 ) =2628cm=26.28mf4L h126.28 6.21 30 4896 KN ,3 L h226.28 15.01 30 11834 KN(g、h2为土层厚度，t为土的极限摩阻力，此处为 30kPa。)421.2、稳定性计算对00求矩得：M 抗

18、(Ep! EJ h3 (Ep2 Ea2)h (f f? faF(H h)带入数据得M抗480656+29.5FHiM 倾 P (hj 15651 $ 23.29 6.21) 279449KN m由M抗倾覆1.8M倾覆得：F=758kN、钢板桩外钢管计算钢板桩外设15排30根30m长© 800x 10mn钢管桩用于稳定围堰，由于钢管桩在水中受力较大，为保证钢管受力稳定，需采取使每排两根钢管桩形成整体共同受力，具体措施可采用© 810mn钢箍套在钢管桩上，钢箍横向采用20a工字钢焊接牢固，沉入水底，第 二道钢箍上采用2m长/ 75x 10角钢焊接成竖撑(保证与第一道钢箍间隔2n

19、)沉入水中， 依次下去，共设置9道钢箍套于钢管桩上，以保证两根钢管桩形成整体受力。每排钢管桩顶承受的水平力F =F/15=50.6kN。钢板桩的冲刷对钢管桩所处水深产生一定影响，具体影响图示如下：（23.29m为钢板桩入水深度，3m为钢板桩与钢管桩的间距。）2动水压力采用P 10Kh D 计算:2gK，此处取 1.8 ；h水深（m），此处为18mv流速（m/s），此处为2m/s；B阻水宽度（m），此处为0.8m；丫一水的容重（10KN /m3）;g重力加速度（10m/ s2）2总动水压力P 10Kh D2g10 1.8 1842 100.8 10518kN钢管桩力学性能参数及指标如下:A=99

20、224mm2W=1.03 108 mm3I= 1.03 1011mm4力学模型如下：h 一Mmax P F h 518 9 50.6 18 5572.8kN m 2Fsmax P F 518 50.6 568.6kNmaxmax5572.8 1061.03 10854MPa181MPa，合格;maxs maxA568.6 103992246MPa106 MPa、钢管顶支撑计算钢管顶与钢板桩之间采用2根20a槽钢支撑，槽钢受力N=50.6kNN 50.6 103A 2 28809MPa175MPa，合格。四、方案二情况下钢板桩围堰计算考虑方案一采用30m钢板桩时，无法打入，因此方案二采用打入 2

21、4m钢板桩，由于局部冲刷深度接近24m钢板桩底，由于水流速度不断变化，地质条件的差异，因此施工 过程中需对围堰冲刷情况进行监测，如发现冲刷较大，应及时往水中抛填碎石道喳埋没 钢板桩围堰，抛填高度为6米，确保道喳顶面高程为1094.26m,保证钢板桩外侧有6.21m 的入土深度。围堰外侧设30根© 800x 10mm 30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰， 防止其 倾覆。钢板桩标高图如下：桩顶 1112.05i水面 1111.55一般冲刷1103.28承台底1099.06抛填碎石1094.26局部冲刷1088.26桩底 1088.05 I1、钢板桩稳定计算1.1、荷载计算钢板桩受力图示如下

22、：钢板桩主要受动水压力P,主动土压力Eai、Ea2，被动土压力Epi、Ep2，摩擦力人、f2、f3、f4，钢板桩外设15排30根© 800X10mn钢管桩，钢管桩给予的总拉力为 F,(1) 、动水压力计算2动水压力采用P 10KH B 计算:2gK，此处取 2.0 ；H水深(17.29m);v流速(2m/s)；B阻水宽度(16.8m);丫一水的容重(10KN /m3);g重力加速度(10m 10(2) 、土压力计算 / s )2动水压力P 10KH B10 2 17.2916.8 1011619KN2g土压力按如下公式计算HEa qB2其中eaka HH厂Ep ep y B其中epk

23、 pH式中：ka 主动土压力系数，ka2tan (452)，kp 被动土压力系数，kp2tan (452）；为砂土的摩擦角（24);h土层厚度（m ；B土层宽度（16.8m）;土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重10.1 KN/m3则土压力计算分别如下：2 / 。24h1r一“2 ,o24、6.21Ea1tan (45)h11 B10.1tan (45)6.21 -16.81381 KN2222Ea2tan2 (45。240-)h2匹B10.1ta n2(450o 24)9.019.0116.82905 KN22222 / 。24。h|f246.21E p1tan (45)hi1 B1

24、0.1tan (45)6.2116.87757 KN22222 。24。h22o2409.01Ep2tan (45)h22 B10.1tan (45)9.0116.816331KN2222（3）、摩擦力计算钢板桩侧与土的接触面水平投影长度L=（96.99/1.55 ） X （16.8/0.4 ） =2628cm=26.28m则 f1f4 L h126.28 6.21 30 4896 KN ,f2 f3 L h226.28 9.01 30 7104 KN1.2、稳定性计算要使钢板桩保持稳定，各力对中心线00求矩，使得M抗倾覆kM倾覆，k为安全系数(1.5-2.0 ),此处取1.5。对00求矩得：

25、M 抗(Ep! EJ h3(Ep2 Ea2)h (f f? faF(Hh)带入数据得M抗255121+23.5FHiM 倾 P ( h1) 11619 ( 17.29 6.21) 172600KN m由M抗倾覆1.5M倾覆得：F=16°.8kN2、钢板桩外钢管计算由于此时钢管桩受力小于中受力，可不必进行检算五、钢板桩受力检算方案一、二中自承台底至水面钢板桩长12.49m,为保证抽水后钢板桩安全，基坑支撑 的施工与基坑水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，结合实 际，共设五层支撑围囹，每层间隔 2.5m，围囹采用2145c工字钢制成。1、钢板桩计算1.1、荷载计算取

26、单块0.4m宽钢板桩计算，主要受动水压力、静水压力及钢管拉力 动水压力产生的线荷载2vq1=10KHB2g4/H=10 2 12.50.4 10/12.5 16kN/m2 10K，此处取2.0 ;H-水深（12.5m）；v流速（2m/s）；B阻水宽度（0.4m）;丫一水的容重（10KN /m3）; g重力加速度（10m2/s）。静水压力产生的线荷载q2 H 0.4 12.5 10 0.4 50kN/m丫一水的容重（10KN /m3）, 水深（12.5m）F=50.6kN1.2、材料力学性能参数ISP- W型钢板桩：342W 362cm , I 4670cm , A 96.99cm1.3、计算模

27、型66kN/mF=50.6kN1Illi'16kN/m T T T H1.4、承载力检算采用清华大学SM Solver进行结构分析:M max 38.34kNm Qmax 89.5kN fmax 1.64mmmaxmax38.34 1063362 10105.9MPa181MPa，合格;Qmax89.5 103A 96999.2MPa106MPa，合格;fmax1.64mm 2500 6.25mm，合格。4002、钢围囹受力检算2.1、荷载计算最底层围囹（受力最大）所在水深 H=12.5-2.5=10m,围囹采用2145c工字钢制成， 承受2.5m高度围的钢板桩传递的动水压力及静水压力。 每层围囹侧采用8根© 600x 10mm 钢管斜支撑，钢管长为9.5m, 4.75m。2动水压力qlOKH B /H2gK，此处取 2.0 ;H-水深（10m）；v流速（2m/s）;B阻水宽度（1m）;丫一水的容重（10KN /m3）; g重力加速度（10m/s2 ）。静水压力q2H 2.5丫一水的容重（10KN /m3）,卜