桥墩钢板桩围堰设计

桥墩钢板桩围堰设计一、概述此围堰设计以实际施工需要为主线，以以往围堰设计施工作为参照进行的一次设计，充分结合实际，以达到科学、经济之目的。二、水文地质及围堰基本数据八水文地质资料2#墩处于目前黄河主河道，施工时正常水位为+13m,最高水位+14m)河床标高+llm。河床以下l5m范围内以粉砂和粉细砂为主。承台尺寸长X宽×高=24.6×14×4.5m，承台底面高程+6m)即封底混凝土的顶面高程，封底混凝土底面高程为+4.5m。围堰合拢后吸砂至+4.5m。为满足承台施工的需要，围堰平面尺寸拟为，长×宽27.2m×16.8m。三、设计计算工况一工况一假设围堰合拢后，自高程+llm吸砂至高程+4.5m时，围堰外部砂土无冲刷，也是末抽水前围堰受动土压影响最大的情况。此时测算钢板桩入土深度及钢板桩截面:内外水头乎衡，只考虑动土压力的影响。参照《公路施工手册桥梁上肋》之钢板桩围堰计算，围堰受力可视为图一a，水文地质情况可视为图一b，以方便查图表，图中σ=1.1g/cm3。再对计算结果进行折算。外侧砂土容重为19KN/m3，浮容重γ为9KN/m3。H=6.5m，小=30○。1)、荷载H=Αh=1.38×6.5=8.97M(最小入土深度)M=Βh3=5.8×6.53=1592.8Kn.MM1=9—11M=1303.2KN.M2)、钢板桩截面计算"钢板桩常用容许弯由应力[σ]图一为180MPa。W=M1/[σ]=1303200/180×1.35=5363（㎝3）由于目前没有此断面模量的钢板桩，所以不能以此工况进行作业。2、工况二在围堰内吸砂前在+14m位置先安装一层内支撑，而后再迸行吸砂封底作业。如图二所示。H=6.5m，浮容重γ为9KN/M3φ=30。1)荷载h=Αh=0.5X6.5=3.25m(板桩最小入土深度)M=BH3=1.8X6.5，=494.325kN·mM=9/11×M=404.488KN.MR=Ξh=3.6X6.52X9/11=124.45KN/m2)板桩截面计算W/=M/[σ]=404448/180×1.5=1498(㎝3)由于此围堰第一层支撑点及土层的支撑点均不在基坑的上下沿，其值大于朋因此在钢板桩断面模量的选择上要大于上述计算值，经验取值为1.3W=1.3W/=1947(cm)3可选用拉森lV型钢板桩，其断面模量为2037cm3。钢板桩长选择15～18m为宜。3)支撑系统设计检算围囹受力可按联续梁计算，先按5等跨设计圈图及中间文撑结构。图三(单位:。㎝)检算边跨跨中:MMAX=0.779ql2=284.63Kn.m最大负弯矩:M-max=0.107ql2=395.523Kn.m最大支点反力，RMAN=1/2(5.45+5.3)q=668.91KN.M边梁断面的选用，最大负弯矩控制设计:W=M-MAX/[σ]=395523/170=2327㎝3，热轧140型工字钢，其断面模量为1090cm3，考虑用三片，其断面模量为327Ocm3。横撑钢材断面选择:材料为A3钢，[σ]=170MPa轴向压应力以最大支点反力控制设计Rmax=A[σ]=668.91kNA=Rmax/[σ]=668910/170=3935mm2φ529钢管桩其断面面积为9858mm3，可采用此种管桩作支撑。3、工况三围堰灌注水下混凝土至高程+6.0，待混凝土强度达80%后降水三米，安装第二层内支撑之前，此时围堰受力如图四a，钢板桩受力分析如图b，其受静水压及动土压力·影响。粉土容重19KN/m3，φ=30。，H=8m，h=3m。图四t)、荷载h=αH=0.5×8=5.2m(钢板桩超过封底砼的最小深度)取分离体分别计算b图中1、2处压强，P1=γ水h=l0×3=30KN/M2P土=[P1+γ土(H+h1)】ka=[30+19×(8-3)]×tan2(45o-300)=41.67kN/M2P2水=γ水(H-h1)=10×(8-3)=50kN/M2P2二p2土－P2水=-8.33kPa2)、钢板桩及内支撑检算实际受力图如图五，并以此对钢板桩抗弯性能进行检算，R1=q1h1/10+2q2h2/5＋q2h3/10其中h1=3m,h2+h3=5mh3=8.33/(8.33+30)=1.09mh2=5-1.09=3.9lmR2=55.01KN/M最大弯矩，MMAX=q1(h1+h2)2/16－q2h3/2×(h3/2＋h2)=109.753Kn.m钢板桩强度检算，σ=MMAX/W=1097.53/2037×1.5=35.92MPa≤【σ】=180MPa通过，经检算围囹及横撑也通过检算。4、况四此种工况为第二层内支撑装完后，继续降水至十8m安装第三层内支撑。此时h1=3m，h2=3m，H=8，h3=2m，其它数植如上述。1)、荷载计算h=αH=0.25×8=2m(最小入土深)取分别体分别计算1、2、3处压强，图万P1=γh1=水10×3=30KN/M2P3=【P1＋γ2h2】ka=29.0kN/m'P2土=｛P1＋γ土（h2+h3）｝ka=41.67Kn/m2P2水=γh3=10×2=20KN/M2P2=P2土－P2水=21.67KN.M22)钢板桩及内支撑系统检算实际受力图如图七a，对其进行近似受力分析如图七b，以每延长米钢板桩为计算单位计算0，1处支点反那力和最大弯矩。R0=qh1/4=30×3/4=22.5KnR1=q(h1+h3)/2+4qh1/10=30×5/2+4×30×3/10=111KNMMAX=q/8(h1+h3)2－qh12=0.125×30×52－30×32/15=75.75KN.m此种工况最大弯矩值小于工况一所述设计值，即小于拉森Ⅳ钢板桩的抗弯强度，R0亦小于工况二所述荷载值，不控制设计。3)第二层内支撑材料断面选择第二层内支撑布置与第一层同，其围囹及横撑的截面选择，围囹:最大弯矩;M—MAX=0.107ql2=0.107x111x5.452=352.777Kn.m断面模量，W=M—MAX/【α】=35277/170=2075cm3此断面模量小于第一层，考虑一至性，其围囹选用与第一层一致。横撑:横撑断面选择，单单根管支撑撑反力为(如图三)，RMAXX=1/22(5.455+5.33)q=00.5×lll×l0.775=5996.6225KNA=RRMAX/【σ】=5966625//170==35099MM2考虑稳定定性问题，此此断面应该该偏大考虑虑，小529钢板桩断断面面积为9858恤'，可可甩此种型型号管桩。5、工况五此种工工况为第三三层内支撑撑安装好后后继续降水水至封底混混混凝土，计计算钢板桩及内支支撑的受力力情况，1)荷载载计算图八八b中1、2两点处的的压强。此时h11=2.8mm，h2=2.7mm，h3=2·5m。p1=γ水水×hl=l0×2.8==28kNN/m2P2=[PP1+γ土(h3+h2)]Ka=[228+199×(2.7++2.5))]×tan2(450－300/2)=422.27KKN/M22)受受力分析分别计计算2,3处的支点点反力及支弯矩，以及3～～4跨跨最大大弯矩值。由于h1、h2、h3相差不大，在此此我们按三等跨联续梁梁来计算，L=2.77m,取每延米钢板桩桩为计算单单位，R2==0.355q1L+0.t225(q22—q1)L=00.35×28××2.7＋0.1225×(442.7—28)××2.7==21.664KN//M图八R3==0.6qq1L+0.446(q22—ql)L=0.6×28×2.7++0.46×(42.227—28)2.7==63.008KN//MM2=0.0422q1L2+0.033(q2—ql)L2=0··042XX28XX2·772+0·0033X(42..27-228)XX2.772=12.001KN·mM3=0.llq11L2+0.1008(q2—ql)L2=00·11×28×2·772+0·1108×(42.227-288)×2.72=333·6888kN·m3～4跨最大弯矩MMAX=00.7q1L2+0.383(q2—ql)L2，=0.7×28×2.72+0.3883×(422.27--28)×2.72=182..727KKN.m得出在此此种工况钢钢板桩所受受荷载均小小于工况二二，因此不控控制设计。3))第三层内内支撑材料料断面选择择第三层内内支撑结构构与第一、第二层同，由图三，q==63.08