钢板桩围堰计算书.docx

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钢板桩围堰计算书

钢板桩围堰计算书

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苏州西全桥主墩钢板桩围堰计算书

一、工程概括

苏州西全桥跨望虞河为（48.75＋80＋8０+48.7５）米一联四跨连续梁形式。

35＃、36＃主墩位于望虞河中。

主墩承台平面尺寸为1０.4×18.２米,高度为4米,其上为６.6×12米,厚度1.5米的加台。

主墩桩基为15根Φ1．5米钻孔桩。

３5#、36＃主墩承台结构尺寸如下：

编号

平面尺寸（ｍ）

高度（m）

承台底标高（m）

承台顶标高（m）

３5#

1０．4×18．2

４

－11.457

－7.45７

３6#

1０.4×１8．2

４

－11．３37

-7．337

二、围堰的布置及计算假设

　　１、围堰的布置

在比较２个墩的承台底标高及河床标高后,拟以35#墩为例,进行钢板桩围堰的设计、计算。

钢板桩的具体布置如下图:

2、计算假设

本计算中土层参数根据项目部提供的土层资料,按经验取值如下：

编号

土层名称

土层顶标高

土层底　标高

容重（kN／m３）

内摩擦角（o）

粘聚力（kＰa）

（１）

黏土

-４．5

-6.8

19.5

20

10.5

（2）2

粉砂

-6．8

-１6.０

20

24．5

10

围堰设计时计算水位按＋2．０m考虑。

三、钢板桩围堰设计

　1、土压力计算

本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。

以水位标高＋２．０以基准，计算各高度点的水压力、有效土压力。

（1）、主、被动土压力系数

　　黏土：

Ｋa＝ｔｇ２（45－）=０．４9,＝０.７

　　　Ｋp=tg2（45+）＝2.０4,　＝1．４28

　　　粉　砂：

Ka=tg2（4５-）＝０.４14,=0.６4３

　　　　　　Kp＝tｇ2（45＋）=2.4１7,　＝1．555

（2）、有效主动土压力的计算

a、h=6．5m时,　Pａ’=0

　ｂ、ｈ=8.8m（上）时，

Ｐa’=0.49×9.5×２.3－2×１0.５×０.7=-3．9９KＮ／m2，取Pａ’=0

　　h=8.8m（下）时,

Pａ’=０.414×10×2.3－2×10×０.6４３=-3．338ＫN／ｍ2，取Ｐa’=0

　c、h＝２0.5m时,

Pａ’=0．414×（9.５×２．3+10×11.7）－２×10×0．643=４４.6KＮ/m2

（３）、孔隙水压力的计算

a、ｈ=6.5m时,Pw＝６5ＫN/m2

　　　　b、ｈ＝8.8m时,Pw＝8８　KN/m2

　　c、h＝2０.5ｍ时，Pw=205　KN／m2

　　（4）、土压力合力

a、h＝6．5m时，Pa＝65KN／m2

　　　　b、h＝8.８m时,Pａ=88ＫN/m2

　　ｃ、h＝20.5m时,　Pa=44．6+205＝2４9.6KN／m2

2、各施工工况及内力计算

　　本围堰施工时,按上层支撑已安装，并抽水（吸泥）至待安装支撑下100cm　处,计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。

根据施工工序，分为四个工况；

工况一、围堰第一道支撑加好后，抽水到－４．0ｍ标高时；

工况二、围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到－8．0m标高时；

工况三、围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高,围堰内吸泥、清淤到－13.９57m标高时；

工况四、围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。

在计算时,各阶段钢板桩计算长度按等值梁法确定,从主动土压力与被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。

工况一:

围堰第一道支撑加好后,抽水到-４．0ｍ标高时；

有效被动土压力:

h=６.5m时,Pp’=２×10．5×1.４２8＝30KN/m2

h=8.8ｍ（上）时，

Pp’=2.04×2.３×9.5+３0＝74.６KＮ/ｍ２

考虑板桩与土体的摩擦,被动土压力系数提高K＝1.6,则:

h=6.5m时，Pp’＝48KＮ/m2,Pw＝５KN/m2

h=8.8ｍ（上）时,Pp’=1１9．4ＫN／m2,Pｗ＝28KN/ｍ２

　则，h=6．5m时,Pp＝53KN/m２

　　　　ｈ=8.８m（上）时,Pｐ=11９.4+２８=147．4KN/ｍ2

土压力分布图如下:

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下:

工况二:

围堰第二道支撑加好后,抽水、吸泥到-8.０m标高时;

有效被动土压力:

ｈ＝１0m时,Pp’＝2×1０×1.555=31.1KN／m2

ｈ＝2０.5m时,

Ｐp’=2．４17×10.5×10＋31.1=284.9　KN/ｍ２

考虑板桩与土体的摩擦,被动土压力系数提高K=1.62,则：

　h＝10m时,Pｐ’＝50．４　ＫN／ｍ2，Pw＝0　KN/m2

ｈ＝2０．5m时,Ｐp’＝４61.５KN/m2,Pｗ＝105KN/m2

　　　则，ｈ=10m时，Pｐ=5０．4KN／m２

　　　　　h=２0.5ｍ时,Ｐｐ=461.5＋105=５66.5KＮ/m2

土压力分布图如下:

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

工况三：

围堰第三道支撑加好后,向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到-１3．9５７m标高时;

有效被动土压力：

h＝1５.９57m时，Ｐp’＝２×1０×1.5５5=３1.1ＫN/ｍ2

h=2０.５m时，

Ｐp’=2．417×4.543×10+３1.1＝1４1　KN/m２

考虑板桩与土体的摩擦,被动土压力系数提高K=1.62，则：

ｈ＝15．957m时，Ｐp＝50.４KN/m2

h=２0.5m时，Pp=２28.42KN／ｍ２

土压力分布图如下：

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下:

工况四:

围堰封底砼浇注并达到设计强度后,围堰内抽水完成后。

土压力分布图如下：

各道支撑在四个工况下的最大反力作为圈梁的设计依据，则第一至第三道支撑的支撑反力依次为:

R１＝７８．９ＫN/ｍ　　　R2=３05．4KN/ｍ　　Ｒ3=4８６.7　KN/m　　

钢板桩在各工况下所受的最大弯矩：

Mmax＝210．7KＮ.m,钢板桩拟采用拉森Ⅵ型，其惯性矩为5670０cm4/m,截面弹性模量为２700cm３/m,钢材材质为SY29５。

σ=＝=78.０４Mｐa<０.6×295＝１77Mpa,符合要求。

3、坑底土抗隆起验

围堰在水下清淤到-13.957m标高处,须验算坑底的承载力,如承载力不足,将导致坑底土的隆起,所以必须要求钢板桩有足够的入土深度。

　本工程坑底抗隆起验算采用滑动圆滑分析法，以坑底O为圆心,以钢板桩入土深度OB为半径作圆交坑底水平线于E、Ｆ，再由Ｅ作垂直平方线交河床面于D。

则,抗滑力矩=C1Ｈ＋

＝（10．5×2.3＋10×7．1５7）×4.543＋３.14×4.5432×10＝1082．９

滑动力矩==×（9.５×2.３+10×7.157）×4.5４32

　　　　　　　　　　　　　　　　＝964

K=＝１.12＞1．1,可满足坑底抗隆起验算！

4、封底砼厚度计算

封底砼达到设计强度后,抽干围堰内的水。

此时封底砼受到由于内外水土压力差形成的向上的水的浮力P，封底砼必须在自重G、与钢护筒的粘聚力N1及与钢板桩的粘聚力Ｎ２作用下抵抗水的浮力P。

本工程拟定封底砼标号为Ｃ２５，取其设计值ｆtd=１.23MPa,考虑施工阶段混凝土的允许弯拉应力取１.5倍安全系数，则[σ]=０.82MＰa，钢护筒与封底混凝土间握裹力τ=0.12Mpa。

砼封底厚度为２.5m,考虑到封底砼顶面浮浆的存在，则封底砼在计算时取有效厚度为2.０　m。

（1）、砼抗浮力计算

水的浮力P＝=1000×9.8×１5.９57×（1３.2×２０.4-15×3.１４×0.75２）　＝３796.7t

封底砼自重G=＝２.3×（13.2×20.4-１５×3.1４×0.7５2）×2.0＝1116.8t

封底砼与钢护筒的粘聚力

N1=２×３.１4×０.7５×2.０×15×１２＝１6９5.6t

封底砼与钢板桩的粘聚力

N２=（1３.2+20.4）×2×2×12＝1612.８ｔ

G＋N1+N2=11１6．8+16９５.6＋1612.8=４425.2ｔ＞P,满足要求!

　（２）、封底混凝土拉应力计算

由于承台封底混凝土与钢护筒及钢板桩形成握裹支撑,其力的传递较为复杂，根据本承台桩基布置情况,将封底砼看成承受均布荷载的三边固定、一边简支的面板结构。

则，作用在砼梁上的荷载ｐ=１5．957×１0-2．０×2３=113.6　KN/m2

　　Mｘ＝0．０6＝0．０6×1１3.6×3.92＝１０３．７　ＫＮ.m

My=0.055=0.055×113．６×3.92＝9５.03KＮ.ｍ

　＜［σ］　

5、内支撑的设计计算

本工程中支撑圈梁采用Ｈ588型钢，支撑钢管采用Φ５３0（壁厚10mm）和Φ６30（壁厚12mｍ）。

Ｈ588型钢的截面特性如下:

　　　　A=1８576ｍm2

　　I=1１３283.８5cm4

　　W＝38５３.2cｍ３

Φ５30（壁厚10mm），其截面特征如下：

Ａ=１６3３６.3mm２　　　　　W=４．１７×106mm3　　　　　

Ｉ＝5.５２×108mm4；　　　　　　i==18３.88mm

单位重量:

q=1２8.24kg/m

Φ63０（壁厚12mm）,其截面特征如下：

A＝２３2９8.1mm２　　　W=7．064×106mｍ3

I＝１1.13×108mm4;　　i==218.5mm

单位重量:

ｑ=1８2．９kg/ｍ

第一道支撑经SAＰ20０0计算结果如下：

（弯矩图）

（轴力图）

a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，

Mｍax＝1５3.51KN·M,Nmａx=４９7．5KN

则，σ=±＝+＝26.8+3７.9=64.７MＰa≤,　强度符合要求!

b、支撑钢管所受最大轴力N=591.5ＫＮ，计算长度L＝4．2m,

由=＝=2２．８；　　查表得：

=0.96３

σ=＝=37.６MPa≤,整体稳定性符合要求!

第二道、第三道支撑布置、材料规格均相同,取受力较大的第三道支撑验算。

第三道支撑经SＡP2000计算结果如下:

（弯矩图）

（轴力图）

a、由计算可知,圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，

Mｍax=９９4　KN·M，Nmax=30６9.1　ＫN

则,σ=±=＋=82.６+１２2.8=２05.4ＭPａ≤,　强度符合要求!

b、支撑钢管所受最大轴力N=３77５.3　ＫＮ,计算长度L=4．2ｍ,

由==＝２2.８　；　　查表得：

＝0.963

σ＝＝＝１95．1MPa≤,整体稳定性符合要求!