小金山大桥主墩桩基施工中护筒稳定性计算Word文档格式.docx

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范厚彬

复核：

楼普增

浙江省交通工程建设集团有限公司

二零零年七月十八日

小金山大桥主墩桩基施工中护筒安全性验算

1、计算资料

根据桩基施工方案：

利用已搭设好的浮式平台，沉放四根内径3.2m、壁厚为0.026m的钢护筒到位，对钢护筒外、孔内的空隙用水下砼封底，再用型钢将四根钢护筒连接成整体，并在护筒中部设置定位框，最后在护筒顶部采用型钢搭设钻孔施工平台。

施工平台搭设好后在平台上用直径为2.85m冲击钻机冲击成孔，然后清孔、下钢筋笼、灌注水下砼，水下砼采用水上浮式搅拌船搅拌，输送泵泵送入模。

钻孔平台具体搭设请见附件1

上述施工方案中，钢护筒既作为成孔护筒，又作为钻孔平台的承载系统。

为确保安全，需对护筒安全性进行验算。

计算时的载荷：

①经计算，每台冲击钻机系统冲击时对钻孔平台垂直载荷取23吨，水平载荷考虑2.3吨；

②考虑型钢及其护筒等的自重。

计算工况分四种情况：

①一台钻机钻孔；

①两台钻机同时钻孔；

①三台钻机同时钻孔；

①四台钻机同时钻孔。

2、计算数学力学模型

由于本计算只考虑护筒安全性，因此，顶部型钢采用足够强度、刚度的虚拟梁进行替换，顶部型钢组合系统已另作验算。

计算时采用韩国工程软件MIDAS进行，把岩石地基以上的护筒、型钢梁划分为一般梁单元，而把岩石地基内的护筒划分为弹性地基梁单元。

单元总数为583个，节点总数为569个。

岩石地基内的护筒四周均灌注混凝土，根据中华人民共和国交通部发布的《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）第66页附录六：

基础按m法的计算，岩石地基系数C0我们取15000000KN/m3,该系数不随岩层面的埋置深度而变。

进而可换算出：

在岩石地基内护筒节点上的弹性抗力系数为KX=Ky=Kz22110000KN/m。

另外，护筒底部岩石视为基岩，给护筒底部以竖向约束的边界条件。

3、计算结果及分析

根据以上数学模型，对四种工况进行了计算。

现通过图表形式把结果一一列出：

1）工况一（一台钻机钻孔）

图1工况1组合应力云图（最大组合应力为24.7Mpa）

图2工况1变形云图（最大变形为2.7mm）

2）工况二（两台钻机同时钻孔）

图3工况2（a）组合应力云图（最大组合应力为23.9Mpa）

图4工况2（a）变形云图（最大变形为2.66mm）

图5工况2（b）组合应力云图（最大组合应力为24.3Mpa）

图6工况2（b）变形云图（最大变形为2.01mm）

图7工况2（c）组合应力云图（最大组合应力为25.6Mpa）

图8工况2（b）变形云图（最大变形为2.9mm）

3）工况三（三台钻机同时钻孔）

图9工况3组合应力云图（最大组合应力为25.2Mpa）

图10工况3变形云图（最大变形为2.48mm）

4）工况四（四台钻机同时钻孔）

图11工况4组合应力云图（最大组合应力为24.4Mpa）

图12工况四变形云图（最大变形为2.03mm）

从以上可知，四种工况的最大组合应力为25.6Mpa,最大变形两为2.9mm。

25.6远远小于型钢及钢护筒的强度设计值取205Mpa，即使考虑荷载有1.5的冲击系数，钢护筒强度是足够的。

再有λ=2.9×

10-3/35.3=1/12172.4<

<

1/1000，整个施工平台护筒稳定性完全能满足要求。

岩石地基内的护筒均划分成弹性地基梁单元进行了计算，也就是考虑了岩石对护筒的摩擦力，即使这样，基岩仍给护筒底部反力（计算时给了Z方向的约束），所有工况中的最大反力为1.38吨，有应力=1.38×

104N/（3.14×

3.2×

0.026）=0.053Mpa,能满足要求。

4、注意事项

①该计算只针对了护筒及其周围岩石的安全性进行了验算；

②所有焊接质量需满足规范要求，焊接强度要足够；

③护筒垂直度要满足规范要求；

④护筒外侧所灌注的水下混凝土要求密实，不允许有空洞。