主墩钢板桩围堰受力计算书

1、某大桥主墩水中承台钢板桩围堰设计书一、工程概况某大桥主墩河床标高较高，其承台施工适宜于采用钢板桩围堰，本设计书以 河床标高最低的32#墩作为算例。承台平面尺寸为9.5 X 35.9m,厚度为4m,拟采用德国拉森（Larseen） W型锁口 钢板桩施工。桥位处最高潮水位 6.0m,最低潮水位3.8m,最大水流速度 V=1.50m/s，河床标高为-1.5m。河床地质情况为，上覆为较薄冲积层，其次为淤泥质亚粘土（流塑状）内 摩擦角甲为7，粘结力c为4.1kPa，天然容重Y为16.9KN/m3,地基容许承载 力o =50kPa。二、地基承载力验算主墩承台共分三层浇筑，底层、第二层及顶层厚度分别为1.5

2、m、1.25m及 1.25m，设计要求”每浇一层间隔时间712天，同时下层混凝土应达到80%强 度才能浇筑上层混凝土”。因此地基承载力验算，如果底层混凝土能承重第二层混凝土，则地基承载 力可只考虑底层混凝土的施工荷载。首先，计算底层混凝土强度达到80%设计强度即强度为28MPa的承载力，容 许抗拉应力。=1.2MPa。因为主墩承台为群桩，底层混凝土为双向板，但为简 化计算（且偏于安全），按桩的最大间距5.6m单向简支板计算，取板宽1m。q=24 X 1.25（第二层混凝土重量）+26 X 1.5（底板自重）+2.0（振捣荷建筑黄珂下黄就在装走回载）=71kPa/m则最大弯矩 Mmax=1/8

3、X 71X 5.62=278.32kN.m不考虑低层钢筋的作用，以混凝土作为受力截面，其最大拉应力为a i=M/（bh2/6）=6 X 278.32/（1 X 1.52）=742.2kPa=0.74MPa a =1.2MPa, 故安全，底层混凝土不会出现裂缝。其次，验算基底承载力，基底荷载为a =1.5X24+2=38kPaVa =50kPa。故基底承载力完全满足要求（尚未考虑4.2m砂垫层的应力扩散作用）。施工时,基底填砂应边分层填砂边抽水，缓慢均匀加载，既可提高砂垫层的 密实度也确保地基的稳定性。二、钢板桩受力分析钢板桩主要承受水压力（静水压力与动水压力）及土压力（外侧为主动土压 力，内侧

4、为被动土压力），为简化且偏于安全计算，只考虑淤泥质亚粘土层（不透 水层）土压力，土压力按朗金理论计算。于围堰顶部6.0m标高（即最高水位处）设一道内支撑,承台底部铺筑30cm厚 C25混凝土垫层，垫层底面标高即吹填砂顶面标高则为2.7m。围堰内抽水填砂标 高2.70m时且在最高潮水位6.0m时，钢板桩为最不利受力工况。钢板桩主要受力荷载为一）主动土压力为 Pa=tan2 （45 p /2）X （y h+75）-2c tan （45 p /2）=13.23h+51.45式中：h为钢板桩入土深度，淤泥质亚粘土层甲=7 ，c=4.1kPa, y=16.9KN/m3二）被动土压力为分两层计算，其一，填

5、砂（粉细，甲=18 ,c=0, Y =18KN/m3,填砂高度4.2m）,.（桩顶）第三层W二（最高水位）匕w %：（最高水位）第二层第一层一c.7 （抽水、填砂标高）27 （抽水、填砂标高）I二（河床） /V虹，45版为13.31 + 31.4I斗篥能蜘4 zhuiK)ngrcorn建筑黄珂下黄就在装走回Pp= tan2 (45 +甲 /2)Xy h=143.22kPa(基底即砂垫层底部) 其二,入土的淤泥质亚粘土层（q =7 ,c=4.1kPa, Y =16.9KN/m3）Pp=tan2 (45 +q /2)X (y h+4.2X18)+2c tan (45 +q /2)=21.59h+1

6、05.85-匚，（桩顶）-.5(桩底)-.5(桩底)特征点标高示意图钢板桩外力示意图三）流水压力为P=kHBy V2/ （2g）其中：k形状系数，槽型钢板桩围堰取1820，本例取20I斗篥能蜘4 zhuiK)ngrcorn建筑黄珂下黄就在装走回H水深（m），取最高水位计算即6.0+1.5=7.5mB宽度，取1.0为单元计算Y 水的容重，取10.0kN/m3V流速，1.5m/s则 P=20 X 7 . 5 X 1X 10 X 1.52/(2 X 9 . 81)=172 . 0KN/m 作用点在水面下2/3处，即最高水面下5.0m深的1.0m标高处 四）静水压力Pj=Y H=10H（KN/m）=7

7、5kPa（河床处）三、钢板桩入土深度计算按浅埋法计算钢板桩入土深度t,即钢板桩外侧主动土压力及动、静水压 力与钢板桩内侧被动土压力（填砂、土层）对内支撑点A的力矩平衡来确定钢 板桩入土深度。被动土压力考虑1.25安全系数。受力图如钢板桩外力示意图。1、主动土压力对A点的力矩Ma （A）Ma ( A ) =1/2 X 75 X 7.5 X 2/3 X 7.5+172.0 X 2/3 X 7.5+51.45 X h X (h/2+7.5)+h/2X (2h/3+7.5)2、被动土压力对A点的力矩Mp （A）Mp (A) =1/2X143.22X4.2X (2/3X4.2+3.3)+105.85Xh

8、X (h/2+7.5)+1/2XhX21.59hX (2h/3+7.5)3、求入土深度t由Mp （A） /1.25=Ma （A）解得:钢板桩最小入土深度为h=2.4m钢板桩入土深度取最小入土深度1.5倍，即t=1.5h=3.6m,取4m。4、钢板桩长度及标高计算建筑黄珂下黄就在装走回顶面标高较最高潮水位高0.5m，即标高6.5m;桩底标高为-1.5（河床底标 高）-4.0（入土深度）=-5.5m;钢板桩长度为6.5-（-5.5）=12m（标准件）四、钢板桩及内支撑受力验算1、钢板桩入支撑反力RA按取钢板桩受力平衡进行计算，并考虑被动土压力1.25安全系数，即RA=Ea+P+PEp/1.25式中

9、:Ea、Ep分别为主动压力和被动土压力的合力，为偏于安全，均取2.4m的 最小入土深度予以计算；P、Pj分别为动水压力和静水压力的合力经计算求得，R =136.6kN（每延米支撑受力） A2、钢板桩承受最大弯矩剪力为零处即为最大弯矩，从受力图知，动水压力作用点B处即为最大弯矩MmaxMmax=136.6 X 5-1/2 X 5 X 50 X 5/3=474.9KN.m（每米钢板桩）1米宽的拉森（Larseen）W型钢板桩的各质量特性为：W=2037cm3,横截面积 78.88cm2。=M/W=474.9 X 106/2037 X 103=233.1MpaV o =240Mpa,安全T =136

10、600/7888=17.3MPa t =125Mpa，安全五、管涌安全系数计算按简明施工计算手册，管涌安全系数：K= （H+2t） Y浮/ （Hy w），1.5时，则坑底安全，不会发生管涌现象。式中：Y浮为土的浮容重，即16.9-10=6.9kN/m3Y w为水的容重，取10kN/m3H为水头差，即6.0+1.5=7.5mI斗篥能蜘4 zhuiK)ngrcorn建筑黄珂下黄就在装走回t钢板桩入土深度，取4m则阡(7.5+2X4)X6.9/(7.5X9.8)=1.5，1.5,安全!六、内围令（支撑）受力计算拟于围堰顶部即最高水位6.0m处设一道内支撑，围令采用2 I 45,横支撑及斜支撑采用63

11、0壁厚6mm钢管。一）验算长边（假设不计斜支撑受力，按三不等跨连续梁进行简化计算）岫建筑黄珂下黄就在装走回根据以上受力简图知: 中间支点B处反弯矩最大Mmax=-827.6kN.m 中间支点B处剪力最大Qmax=614.7KN 中间支点 B 反力最大 Rmax=547.7+614.7=1162.4kN 2 I 56b 的截面特性为 W=4892.0cm3，腹板断面积 A=1.45X56X2=162.4cm2 则O =Mmax/W=827.6X 106/4892X 103=169.1MpaVo =170Mpa,安全T =Qmax/A=614700/16240=37.9MPa t =125Mpa，

12、安全 二）验算短边（按三不等跨连续梁计算）建筑黄珂下黄就在装走回Mmax=212.7kN.mQmax=301.0kN2 I 56b 的截面特性为 W=4892.0cm3，腹板断面积 A=1.45X56X2=162.4cm2则O =Mmax/W=212.7X 106/4892X 103=43.5Mpa o =170Mpa,安全T =Qmax/A=301000/162.4=18.5MPa t =125Mpa,安全中间横支撑压杆验算最大反力为N=614.7kN,采用u 630壁厚6mm钢管钢管自重为1227N/m,其产生的弯矩为Mmax=1/8 X qL2=1/8 X 12 2 7 X 11.042

13、=186 96 . 0N.m支撑杆为压杆构件，按下式计算压杆应力。o =N/(u A)+p M/(y W(1-0.8N/Ne )式中：N 欧拉临界力，为n 2EI/L2=126130621 (N)I斗篥能蜘4 zhuiK)ngrcorn建筑黄珂下黄就在装走回I=75612.3cm4, E=2.06X 106MPa为弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数，根据入=L/i=L/（I/A）i/2x=1104/（75612.3/156.32）1/2=50W以=100,结构可不作稳定性验算，并查得=0.9（偏安全） xW为截面抵抗矩1823.2cm3P x为等效弯矩系数，取1.0Y x为与W相应的截面塑性

14、发展系数，取1.05A为截面积156.32cm2则。=614700/（0.9 X 15632）+18696000/（1.05 X 1823200 X（1-0. 8X614700/126130621） =54.5MPaV o =170Mpa,安全六、钢板桩围堰施工要求一）钢板桩入土深度58米为宜，但不少于4米，可根据河床标高进行确定， 但堰顶标高不得低于6.5m；内围令设应在标高6.0米处。二）围令与钢板桩之间、与横（斜）支撑之间均为焊接，确保焊接质量；且钢 板与围令之间的凹口用木楔塞紧；凸板如有变形与围令工字钢间有间隙则应补 焊钢板（或型钢）；特别应重视围堰四角的加固焊接不得有松动；钢板桩合拢后 应迅速安装内支撑系统。三）施工前应对钢板桩进行校正（用一根标准的钢板桩作锁口检查），确保锁口 吻合，并按24块钢板桩为一组提前在岸上组拼好后，一次插打。四）钢板从上游一角处开始插打，利用内支撑作导向框自上游向下游施工，并 在下游用异形板合拢；内支撑直接直承于钻孔平台的800钢管桩上（钢管桩 顶面标高5.7m。五）边抽水边顺着钢板桩的接缝下溜干细砂或锯木屑、粉煤灰（煤碴）填充物， 借助水压力将填充物吸入接缝内而堵漏