钢板桩围堰施工设计计算书图纸手算、理正计

佛山市南番大道建设工程海怡大桥17#墩承台钢钢板桩围堰施施工设计计算:复核:审核:中铁大桥局集团团三公司技术术发展中心2009年066月一、设计资料：：根据现有地质资资料及设计图图，主墩承台台均在河床线线以下，故采采用钢板桩式式套箱围堰；；钢板桩围堰所在在土层为素填填土、细砂、粉粉质粘土，具具体见下表土层层顶标高（m）厚度（m）容重γKn/M3内摩擦角度粘聚力Kpa主动土压力系数Ka被动土压力系数Kp修正Kp素填土-2.65.92018.7160.5141.942.91细砂-52.4202500.4062.44.18粉质粘土-13.78.719.522270.4552.23.52施工筑岛后，围围堰开挖地面面线顶标高取取＋3.0米，十年一一遇最高水位位线+3.83米，河床线线标高为-2.6m。承台顶标高-22.7米，承台底底标高-6.7米，基坑底底开挖至-7.2米，钢板桩桩顶标高为+4.0米，钢板桩桩底标高为-11.0米。钢板村村围堰高度为为15米。承台为圆端型，截截面9.8mxx15.3mm，高为4.0m。承台下为6根φ2.5m的钻孔桩，采采用φ2.75m的钢护筒。围堰宽度的确定定：为保证承承台在堰内的的施工空间，尽尽量控制围堰堰下沉偏差，要要求纵横向位位移小于H/50++0.25mm（H为围堰高，0.25m为浮运偏差差），倾斜度度小于1/50，另外再考考虑承台立模模宽度，本围围堰内壁截面面设为12.2mmx17.77m，满足施工工空间。二、荷载工况：：1、主动区土压压力P及静水压力力2、被动区土压压力F及静水压力力3、临时荷载（1）考虑一台台50t履带吊机作作用，施工吊吊重10t。根据《深深基坑工程设设计施工手册册》介绍，地地面临时荷载载如是施工机机械反引起的的土压力，由由于围护桩的的整体用用，可可按面荷载计计算，其值可可为15kN//m2，同时按《公公路路基设计计规范》，挖挖深在2米到10之间时，其其值在20kPa～10kPa之间用直线线内插法求得得，现取q1=200kPa。（2）17#墩墩承台靠近大大堤，根据项项目部提供图图纸显示，大大堤顶面标高高+5.5m，距离围堰堰最近距离为为10.6m，根据《深深基坑工程设设计施工手册册》，如地面面临时荷载与与墙后侧有一一定距离B1，基坑深度度为Z，若，此地面面荷载对围护护桩无作用力力。现基坑Z=10..2m，，故不用考考虑大堤土对对围堰的影响响。二、钢板桩设计计：拟采用拉森Ⅳ型型钢板桩，桩桩长15米，截面积积，,。工况一：围堰堰内抽水开挖挖至+1.0m标高处，挖挖深为2.0米，没有安安装内支撑时时计算图示如下：：1）、土压力计计算：(土位于水位位线以下，采采用浮容重，对对于素填土和和粉砂层采用用水土分算)由由于各土层的的容重及内摩摩擦角各不相相同，现分别别用各自的容容重及内摩擦擦角算出每层层的单位土压压力及静水压压力，根据单单位主动土压压力和被动土土压力公式:，式中:(土位于水位线线以下，采用用浮容重，土土层位于水位位线以上，采采用饱和容重重)由此计算出单位位主动土压力力及静水压力力:单位被动土压力力及静水压力力:2）、计算插入入深度：令所有外力对DD点取矩，且且力矩总和等等于零，列方方程式:由于P1为负值值，可近似认认为此处单位位主动土压力力为0，带入数值值并整理，解解一元三次方方程得：桩入土深度为11.525mm，现钢板桩桩一次性插打打到位，开挖挖2米后，锚固固长度为12.0米，满足要要求。3）、桩身弯矩矩计算：设剪力为零点在在C点以下z米处，则该该处弯矩为最最大。代入数值：解解得。所以，最大变形f=0.44mm(标高+3.0m处)钢板桩应力：＜＜钢板桩满足足要求。工况二：在标高高+1.5m处安装第一一道内支撑，围围堰内抽水开开挖至-2.7m标高处，挖挖深为5.7米，计算图示如下：：1）、土压力计计算：(土位于水位位线以下，采采用浮容重，对对于素填土和和粉砂层采用用水土分算，对对于粘性土采采用水土合算算)根据上述方法算算出各土层单单位主动土压压力静水压力力:单位被动土压力力及静水压力力:2）、计算插入入深度：最小插入深度((2.3+tt)对支撑点R处取取矩，合力矩矩为零，列方方程代入数值，解得得：桩入土深度为33.401mm，实际钢板板桩一次性插插打到位，开开挖5.7米后，桩锚固长度为88.3m>33.401mm，满足要求求3）、支撑反力力R1计算：4）、桩身弯矩矩计算：设剪力为零点在在支撑点R1以下z米处，则该该处弯矩为最最大。解得：z=3..73m最大大变形f=2.77cm(标高-2.6m处)钢板桩应力：＜＜钢板桩强度满足足要求。工况三：在标高高-2.2m处安装第二二道内支撑，抽抽水开挖至-6.2m标高处，挖挖深共为9.2米，计算图示如下：：1）、土压力计计算：(土位于水位位线以下，采采用浮容重，对对于素填土和和粉砂层采用用水土分算，对对于粘性土采采用水土合算算)根据上述方法算算出各土层单单位主动土压压力静水压力力:单位被动土压力力及静水压力力:按等值梁法计算算多道支撑围围护结构的内内力，假定各各支撑均承担担半跨内的主主动土压力，则第一道支撑处处2）、计算插入入深度：最小插入深度tt，根据上述述计算所有的的外力对第二二支撑R2处取矩，列列方程式代入数值，解得得：桩入土深度为22.319mm，实际钢板板桩一次性插插打到位，开开挖9.2米后，桩锚固长度为44.8m>22.319mm，满足要求求3）、支撑反力力R及桩身弯矩矩计算：按求得的插入深深度，计算各各土压力后，再再建模进行计计算：支撑反力R1==100.774KN，R2=3004.96KKN，桩身最大弯矩MM=364..52KN--m，最大变形f=8cmm(标高-8.5119m处)钢板桩应力：＜＜工况四：在标高高-5.7m处安装第三三道内支撑，抽抽水开挖至-6.2m标高处，挖挖深共为9.2米，计算图示如下：：1）、土压力计计算：(土位于水位位线以下，采采用浮容重，对对于素填土和和粉砂层采用用水土分算，对对于粘性土采采用水土合算算)根据上述方法算算出各土层单单位主动土压压力静水压力力:单位被动土压力力及静水压力力:按等值梁法计算算多道支撑围围护结构的内内力，假定各各支撑均承担担半跨内的主主动土压力，则第一道支撑处处，第二道支支撑处R2=2777.03KKN2）、计算插入入深度：最小插入深度tt，根据上述述计算所有的的外力对第三三支撑R3处取矩，列列方程式代入数值，解得得：桩入土深度为11.772mm，实际钢板板桩一次性插插打到位，开开挖10.2米后，桩锚固长度为33.8m>11.772mm，满足要求求3）、支撑反力力R及桩身弯矩矩计算：按求得的插入深深度，计算各各土压力后，再再建模进行计计算：支撑反力R1==47.1KKN，R2=3556.15KKN，R3=1884.16KKN，桩身最大弯矩MM=159..3KN-mm，最大变形f=18mmm(标高-8.9772m处)钢板桩应力：＜＜工况五：灌注00.5米封底砼，拆拆第三道内支支撑，将封底底砼作为一支支点计算图示如下：：1）、土压力计计算：(土位于水位位线以下，采采用浮容重，对对于素填土和和粉砂层采用用水土分算，对对于粘性土采采用水土合算算)根据上述方法算算出各土层单单位主动土压压力静水压力力:2）、支撑反力力R及桩身弯矩矩计算：计算各土压力后后，再建模进进行计算：支撑反力R1==30.7KKN，R2=4111.78KKN，R3=2004.54KKN，桩身最大弯矩MM=207..3KN-mm，最大变形f=6.77mm(标高-5m处)钢板桩应力：＜＜三、内支撑计算算：根据上述计算，可可得第一道内内支撑的最大大荷载：。第第二道内支撑撑的最大荷载载：。第三道道内支撑的最最大荷载：。sap20000建立支撑桁桁架的计算模模型，第一道内支撑计计算内力见下下表：杆件编号1234名称2工56b2工56b2工32b2工32b弯矩(KN-MM)427387————剪力Q(KN))531448————轴力N(KN))10741003563848最大变形（mmm）740.81.2稳定系数0.960.970.50.8正应力σ（MPPa）1261147773抗剪应力τ（MMPa）3936————第二道内支撑计计算内力见下下表：杆件编号1234名称3HN7003HN7002工45b2工45b弯矩(KN-MM)989902————剪力Q(KN))12341042————轴力N(KN))2509233113111975最大变形（mmm）73.81.62.6稳定系数0.960.970.620.89正应力σ（MPPa）989196102抗剪应力τ（MMPa）5648————第三道内支撑计计算内力见下下表：杆件编号1234名称2H5882H5882工32b2工32b弯矩(KN-MM)485440————剪力Q(KN))605510————轴力N(KN))12311143643968最大变形（mmm）4.530.71.5稳定系数0.960.970.50.8正应力σ（MPPa）100927477抗剪应力τ（MMPa）5044————其中：四、基坑稳定性性验算：坑底流砂验算：：围堰内外最大水水头差，由此此造成的最短短渗流途径为为，安全系数K=1.55水力梯度则不产生流砂的的安全条件为为：即，所以不会产生流流砂。坑底隆起验算：：计算图示如如下：当基坑底为软土土时，应验算算基坑底土抗抗隆起稳定性性，支护桩，墙墙端以下土体体向上涌起，验验算公式为：：,式中Nc、NNq——承载力系数数，，C——抗剪强度度，——墙体外侧土土体重度，均均为19.5；t——支护结构构入土深度，为3.8m；h——基坑开挖挖深度，为10.2m；q——地面荷载载，20；所以，故坑底不不会隆起。五、封底砼强度度检算：（围围堰抗浮稳定定性计算）采用C20水下下砼封底，封封底厚度为0.5m。砼在围堰堰及钢护筒形形成的桩的支支点反力下，承承受围堰抽水水后产生的上上浮力，围堰堰内封底砼面面积为F1＝12.2mmx17.77m=2115.94mm2，围堰内共10根Ф1.5m桩，钢护筒筒直径取1.75m，砼容重取2.5t//m31、围堰整体抗抗浮力计算：：若板桩围堰与封封底砼之间的的粘结作用不不致被静水压压力破坏，作作用在封底层层的浮力Pf是由封底砼砼和围堰的总总重，以及板板桩在土中的的抗拔摩阻力力来平衡的。1．1、竖向抗抗力计算(1)钢围堰及及刃脚自重：：(2)封底混混凝土自重：：(3)钢板桩桩与土层的侧侧摩阻力计算算：从开挖顶面到基基坑开挖底面面，土质层分分别是：素填填土层厚5.6m，粉砂层厚2.4m，粉质粘土土厚2.2m，各层土的极限侧侧阻力标准值值qi分别是20Kpa，25Kpa，70Kpa，代入桩的的侧摩阻力计计算公式,u为板桩与土土体接触的内内外壁周长竖向抗力合力PP=G1+G3+P3=25355t1.2、竖向浮浮力计算：围堰封底面积AA=215..94m2，水头差10.2mmP＞T，K=PP/T=1..15，围堰整体体稳定性满足足要求。2、承台区封底底混凝土弯曲曲应力验算假定封底层为一一简支单向板板，设封底层层厚x米，L及h分别为围堰堰跨径及水头头其顶面每延米在在静水压力作作用下产生的的最大弯矩γc,γw—分分别为混凝土土及水的容重重0.5米厚的封封底砼配上下下两层钢