主墩钢板桩围堰受力计算书Word文件下载.docx

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则最大弯矩Mmax=1/8×

71×

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

σl=M/（bh2/6）=6×

278.32/（1×

1.52）=742.2kPa=0.74MPa＜[σ]=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σ=1.5×

24+2=38kPa＜[σ]=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°

-ψ/2）×

（γh+75）-2ctan（45°

-ψ/2）

=13.23h+51.45

式中：

h为钢板桩入土深度，淤泥质亚粘土层ψ=7°

，c=4.1kPa,γ=16.9KN/m3

二）被动土压力为

分两层计算,其一,填砂（粉细,ψ=18°

c=0,γ=18KN/m3,填砂高度4.2m）,

Pp=tan2（45°

+ψ/2）×

γh=143.22kPa（基底即砂垫层底部）

其二,入土的淤泥质亚粘土层（ψ=7°

c=4.1kPa,γ=16.9KN/m3）

Pp=tan2（45°

（γh+4.2×

18）+2ctan（45°

+ψ/2）

=21.59h+105.85

三）流水压力为P=kHBγV2/（2g）

其中：

k——形状系数，槽型钢板桩围堰取18～20，本例取20

H——水深（m）,取最高水位计算即6.0+1.5=7.5m

B——宽度，取1.0为单元计算

γ——水的容重，取10.0kN/m3

V——流速，1.5m/s

则P=20×

7.5×

1×

10×

1.52/（2×

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=γH=10H（KN/m）=75kPa（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×

75×

2/3×

7.5+172.0×

7.5+51.45×

h×

（h/2+7.5）+h/2×

（2h/3+7.5）

2、被动土压力对A点的力矩Mp（A）

Mp（A）=1/2×

143.22×

4.2×

（2/3×

4.2+3.3）+105.85×

（h/2+7.5）+1/2×

21.59h×

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

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+Pj-Ep/1.25

式中:

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，RA=136.6kN（每延米支撑受力）

2、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Mmax

Mmax=136.6×

5-1/2×

5×

50×

5/3=474.9KN.m（每米钢板桩）

1米宽的拉森（Larseen）Ⅳ型钢板桩的各质量特性为:

W=2037cm3,横截面积78.88cm2

σ=M/W=474.9×

106/2037×

103=233.1Mpa＜[σ]=240Mpa,安全

τ=136600/7888=17.3MPa＜[τ]=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）γ浮/（Hγw）≥1.5时,则坑底安全,不会发生管涌现象。

γ浮——为土的浮容重，即16.9-10=6.9kN/m3

γw——为水的容重，取10kN/m3

H——为水头差，即6.0+1.5=7.5m

t——钢板桩入土深度，取4m

则K=（7.5+2×

4）×

6.9/（7.5×

9.8）=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2Ⅰ45,横支撑及斜支撑采用φ630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）

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

2Ⅰ56b的截面特性为W=4892.0cm3,腹板断面积A=1.45×

56×

2=162.4cm2

则σ=Mmax/W=827.6×

106/4892×

103=169.1Mpa＜[σ]=170Mpa,安全

τ=Qmax/A=614700/16240=37.9MPa＜[τ]=125Mpa,安全

二）验算短边（按三不等跨连续梁计算）

Mmax=212.7kN.m

Qmax=301.0kN

则σ=Mmax/W=212.7×

103=43.5Mpa＜[σ]=170Mpa,安全

τ=Qmax/A=301000/162.4=18.5MPa＜[τ]=125Mpa,安全

三）中间横支撑压杆验算

最大反力为N=614.7kN,采用φ630壁厚6mm钢管

钢管自重为1227N/m,其产生的弯矩为

Mmax=1/8×

qL2=1/8×

1227×

11.042=18696.0N.m

支撑杆为压杆构件,按下式计算压杆应力σ

σ=N/（φxA）+βxM/（γxW（1-0.8N/NEx））

NEx——欧拉临界力，为π2EI/L2=126130621（N）

I=75612.3cm4，E=2.06×

106MPa

φx为弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数，根据λ=L/i=L/（I/A）1/2

=1104/（75612.3/156.32）1/2=50≤[λ]=100,结构可不作稳定性验算，并查得

φx=0.9（偏安全）

W为截面抵抗矩1823.2cm3

βx为等效弯矩系数,取1.0

γx为与W相应的截面塑性发展系数,取1.05

A为截面积156.32cm2

则σ=614700/（0.9×

15632）+18696000/（1.05×

1823200×

（1-0.8×

614700/126130621））=54.5MPa＜[σ]=170Mpa,安全

六、钢板桩围堰施工要求

一）钢板桩入土深度5~8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2~4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φ800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防渗，对于变形较大的的接缝在围令安装后由潜水员用棉絮塞填。

六）先填砂后抽水或在低水位时抽水吹填砂（内支撑系统未安装好不得抽水），抽水填砂至承台底面标高0.3米。

七）封底混凝土厚度为30cm，标号为C25，堰内满铺，并用油毛毡或于钢板桩上涂刷沥青与钢板桩隔离便于拆拔钢板桩；

在围堰内四周设汇水沟和集水坑（四角处），以便及时集中抽排水堰内积水，确保承台施工时无水作业。

八）围堰完成后进行承台施工过程中应加强测量观测，并于护筒上悬挂爬梯以策施工作业人员的安全。