桥梁方案主桥深水基础施工方案含主桥承台防撞设施计算书.docx

1、桥梁方案主桥深水基础施工方案含主桥承台防撞设施计算书青田县瓯江四桥（步行桥）工程深水基础（含防撞墩）施工方案计算书第一章 深水基础围堰施工方案计算书1 计算依据 1.1 青田县瓯江四桥（步行桥）工程单壁钢围堰布置图； 1.2 建筑施工计算手册； 1.3 钢结构设计规范（GB500017-2003）； 1.4 midas Civil 2015版； 1.5 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012） 1.6 铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005） 1.7 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005） 1.8 铁路桥涵地基和基础设计规范（TB1000

2、2.5-2005） 1.9 铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005） 1.10 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）2 工程概况主桥P6、P7号桥墩桩基所处水中构筑物、桥墩、承台、桩基基础环境作用等级为类环境，桩基采用水下C30混凝土、承台混凝土标号均C30混凝土；承台顶高程+3.0m，承台位于河道内区域，围堰基坑挖深2m。水下封底混凝土厚度为1.0m。防撞墩采用高桩墩式结构，上部墩体采用C30钢筋砼墩体结构，墩顶高程为9.28m，直径5.5m，高4m。防撞墩下部结构采用桩长为38m的1200mm灌注桩基础。桩中心距墩体边缘均为1.1m。呈等边三角形布置。 （1）河床

3、高程：+0.0m，枯水期施工。 （2）围堰施工期间常水位：+3.00m，围堰顶高程为+4.0m，围堰底高程-2.0m。 （3）河水流速： 施工期间3.8m/s。（一般泄洪最大流速） （4）河床地质：河床覆盖层由上至下为卵漂石层、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。 （5）承台底面高程+3.00m，承台高度3.5m，承台平面尺寸157m圆端形设置。 （6）钻孔桩直径1.8m，23行列式布置。3 地质情况根据工程地质勘测报告，P6、P7#承台处的地质情况如表1。表3.1 承台地质情况底层序号底层名称层厚（m）层顶高程（m）桩侧摩阻力标准值qik(Kpa)备注素填土030卵漂石24.7-18.

4、62100-1夹粉砂0.9-19.2530含粘土卵石100-1全风化花岗岩4.9-24.4270-2强风化花岗岩3.9-28.32160-3中风化花岗岩3-31.32-4微风化花岗岩8-39.32P6、P7#墩处地质情况详见表2.5.3-1。地质层名称地质层层底高程地质层层厚地基承载力卵（漂）石（Q4al）-14.2514.1350含粘土卵石（Q3al-pl）-23.95 9.7320-3中风化花岗岩（53（2）-29.855.91500-3微风化花岗岩（53（2）-37.357.530004 设计施工方案概述4.1围堰构造 主墩承台钢围堰设计：两端为半圆形；面板为最外侧布置；长宽=17.6m

5、8.6m。单壁钢套箱结构设计：由内向外依次为：5mm厚钢板面板，横肋-100638mm角钢30cm间距，I20a工字钢竖肋布置间距为60cm，背杠-225a槽钢100cm间距，套箱顶部下50cm布置一道围囹，围囹及内支撑设计为双榀I40a工字钢，钢围堰总高度为6m。图5.1-1钢围堰平面布置图图5.1-2钢围堰立面布置图4.4封底封底混凝土的厚度1.0m。模型采用实体单元结构。5 围堰结构计算5.1 设计计算参数表5.1.1-1 基坑支护结构所需材料表序号材料名称抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）抗剪强度(MPa)弹性模量(MPa)备注1Q2352152151252.0105表5.1.1-2

6、 基坑支护结构所需材料截面特性表序号部位规格项目极限应力(MPa)备注1外面板8mm外侧2152竖向加劲I20组合应力2153围囹I40组合应力2154水平环向加劲10#槽钢组合应力2155钢管支撑5298组合应力2155.2 荷载取值及分配系数5.2.1自重钢结构自重78.5 kN/m3 ，混凝土自重25 kN/m3，计算时荷载分项系数取1.2。5.2.2静水压力静水压力随着水深的增加呈线性分布，P=h计算水位标高为4.8m，计算水位深度为3.8m。围堰底部静水压力最大P=h =9.83.8=37.24kN/m2，计算时荷载分项系数取1.4。5.2.3流水压力当非汛期水位最高4.8m时，作用

7、于围堰的流水压力可按下式计算（公路桥涵设计通用规范）：式中：围堰抗水流冲击检算主要是其抗倾覆性和抗滑移的检算。取K=0.73,g=9.81,=3.8 m/s, A=52.5m2则：故最大动水压力F=0.73*10*3.8*3.8/（2*9.81）=5.37kN/m2 其合力作用于水面下1/3水深处,，计算时荷载分项系数取1.4。5.2.4土压力土压力荷载是河床以下土体对围堰的挤压产生的主动土压力，土压力计算按郎肯土压力计算，河床土质有设计图纸及实际调查可知河床处均是卵漂石，卵漂石的容重sat=22 kN/m3内摩擦角取=350。河床底距钢围堰脚底2m。主动土压力P=(sat-w)htan2(4

8、50-/2)单壁钢围堰脚底处P=（22-10）2tan227.50=6.5KN/m2，计算时荷载分项系数取1.4。5.3 有限元模型分析对浇筑封底混凝土的不利工况进行分析，采用midas建立空间有限元模型，内支撑采用梁单元模拟，水平加劲、竖向加劲采用梁单元模拟，封底混凝土用实体单元模拟，面板采用用板单元模拟、背肋采用梁单元模拟。钢围堰底部采用全方向约束支撑，封底混凝土采用Z轴方向约束支撑。荷载组合为自重+静水压力+土压力+流体压力，荷载分项系数分别为1.2、1.4和1.4。有限元模型如下：详见下图5.3-1、2所示。图5.3-1 单壁钢围堰整体模型结构图图5.3-2 单壁钢围堰整体模型荷载分布

9、图5.3.2 整体结构变形分析根据仿真计算结果，单壁钢围堰最大位移11.6mm，满足要求。根据仿真计算结果，单壁钢围堰短边最大应力，满足要求。5.3.4模拟计算结果分析1、内壁板应力内壁板应力范围：8.6MPa86MPa2、角钢应力角钢应力范围：-65.4MPa58.3MPa3、竖肋应力竖肋应力范围：-146.7MPa132.4MPa4、背杠应力背杠应力范围：-67.4MPa42.1MPa5、围囹应力双榀I40工字钢围囹应力范围：-84.8MPa90.6MPa双榀I40工字钢围囹最大位移：5.38mm6、内支撑应力内支撑应力范围：-52.9MPa-58.3MPa双榀I40工字钢围囹最大位移：0

10、.39mm5.3.5结论钢围堰应力检算结果汇总如下表表5.3.5-1 钢围堰应力检算汇总表部位规格项目最大值（MPa）允许应力（MPa）是否满足外面板5mm组合应力 86215满足横肋100*63*8mm组合应力 58.3215满足竖向加劲I20组合应力132.4215满足背杠225组合应力67.4215满足围囹2I40组合应力90.6215满足钢管支撑5298轴向压应力58.3215满足（1）计算结果显示，围堰内壁及竖肋应力集中趋近极限值。（2）围堰计算考虑最不利工况：当水位满至围堰顶20cm时的荷载计算，在施工过程选择在枯水期，枯水期水位一般不超过3.5m，如果水位连续上涨，考虑在施工过程

11、中将围堰内进行注水，保证内外水压力平衡。 6吊放系统计算吊耳、钢丝绳、卸扣的选择根据梁的截面尺寸、分段的长短和吊装工况，选择用4个吊耳起吊。吊耳设在钢梁纵横板交点处，端部用钢板加强，保证局吊部稳定，吊耳采用坡口焊接。6.1、吊耳强度验算吊耳选择25吨吊耳，材质为Q345B钢，主板厚25mm，外侧加强侧板厚12mm。吊耳详图如下。6.1.1、吊耳强度核算4个吊耳：最重段按62吨计算，分项系数取1.1，动力系数取1.2，钢丝绳夹角最大按60度计算，各设置了4个吊耳。每个吊耳所承受的拉力为：N=621.11.29.8/3.46=802.032/3.46=231.801KN经上述计算，当采用4个吊耳进

12、行吊装时单个吊耳承受的拉力为231.8KN，由于吊装时钢丝绳角度大于60度，因此吊耳主要承受竖向拉力引起的剪应力， 受剪截面积为：A=20*200=4000mm2吊耳承受的剪应力为：F=231.8*1000/4000=57.95N/mm21.3满足规范要求7.2封底混凝土连同围堰一起失稳钢围堰浮力： F6=(10*3.8)*(9*4.3+3.14*（4.3）2-6*3.14*12) =4431KN钢围堰结构重量 F7=622KN抗浮稳定系数 K=(F2+F3+F4+F7)/(F6) =(2682+5199+5400+622)/ (4431) =3.131.3满足规范要求7.3钢围堰自身上浮失稳

13、钢套箱浮力： F6=(10*3.8)*(9*4.3+3.14*（4.3）2-6*3.14*12) =4431KN抗浮稳定系数 K=(F4+F7)/(F6) =(5400+622)/ (4431) =1.351.3满足规范要求8 承重牛腿计算承重牛腿采用 I32a 工字钢，作为套箱组拼临时承重结构。牛腿上翼缘及腹板位置 与钢护筒均采用贴脚焊焊接， 焊缝焊角尺寸 h f = 10mm ， 焊缝有效高度 he = 0.7 h f = 7mm ，上翼缘及腹板均与钢护筒满焊连接，上翼缘顶部焊缝长度 l w1 = 130mm ，上翼缘底部焊缝长度l w 2 = 60mm ，腹板焊缝长度l w 3 = 28

14、3mm ，采用手工 焊，焊条采用 J502 焊条，查钢结构设计规范可知，焊缝强度设计值 f fw = 200Mpa 。钢套箱自重 60t ， 考虑人员、施工机具荷载， 取 65t ， 则单根牛腿承重P = 1.2 650 /10 = 78KN ，按集中荷载加载，与钢护筒距离e = 1600mm 。 计算荷载：弯矩M = 78 1.6 = 124.8KN m ；剪力 V = P = 78KN 。水平牛腿焊缝计算根据钢结构设计规范要求，焊脚尺寸不得小于1.5,t为较厚焊件厚度。 不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。锚板尺寸与平托尺寸，易知6.7mm12mm。故本次设计中取=10mm。计算内力剪力Q=7

15、8kN,弯矩M=124.8kN.m平联杆件端部沿周边全部施焊a、根据工字钢受力特点，考虑其剪力全部由腹板处角焊缝承受为角焊缝计算厚度，取为o.7=7mm为角焊缝计算长度，取为实际焊缝长度减去2。有=19.6Mpa=160Mpab、拉力与弯矩由全部焊缝承担式中、为焊缝截面对中性轴的截面模量.为强度设计值增大系数，对承受静力荷载与间接动力荷载，取为=1.22有=55.7Mpa=195.2Mpa在综合作用处有有=49.6Mpa=160Mpa 满足要求结论：采用=10mm完全能够满足设计规范要求。第二章 防撞墩施工方案计算书1 工程概况 防撞墩采用高桩墩式结构，上部墩体采用C30钢筋砼墩体结构，墩顶高

16、程为9.28m，直径5.5m，高4m。防撞墩下部结构采用桩长为38m的1200mm灌注桩基础。桩中心距墩体边缘均为1.1m。呈等边三角形布置。主墩防撞墩托架设计：防撞墩底模板支撑系统采用焊接在防撞墩钢管上的型钢托架，型钢采用I32a工字钢，托架为15道斜支撑与桩基钢护筒焊接，斜撑上焊接I32工字钢横梁。托架上满铺底模板，底模板采用整体式桥面板三块，为I14工字钢与10mm钢板焊接而成。图1.1-1防撞墩托架布置图2 设计计算原则（1）在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制；（2）综合考虑结构的安全性；（3）采取比较符合实际的力学模型；（4）尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法；3计算依据（1

17、）建筑施工模板安全技术规范（JGJ162-2008）；（2）建筑施工计算手册（第三版）江正荣编著；（3）钢模板技术规范GB50214-2001； （4） 钢结构设计规范（GB500017-2003）；（5） midas Civil 2015版；4 计算荷载4.1 荷载计算（1）新浇砼自自重荷载(=25KN/m3)： q1=61.7KN/m2（2）模板、方木及内模支架 q2=1.0KN/m2（3）施工人员及机料荷载 q3=3.0 KN/m2（4）混凝土振捣时产生的荷载 q4=2.0 KN/m24.2 荷载分项系数计算脚手架及模板支撑架强度时的荷载设计值，取其标准值乘以下列相应的分项系数：（1）永

18、久荷载的分项系数，取1.2；计算结构倾覆稳定时，取0.9。（2）可变荷载的分项系数，取1.4；（3）计算构件变形（挠度）时的荷载设计值，各类荷载分项系数，均取1.0。4.3 荷载组合 计算底模板及托架强度时，荷载组合（1）为：（1）模板、支架自重+（2）新浇筑钢筋砼自重+（3）施工人员及设备荷载标准值+（4）振捣混凝土时产生的荷载； 验算底板模板及托架的刚度时，荷载组合（2）为：（1）模板、支架自重+（2）新浇筑钢筋砼自重。5 计算模型对浇筑封底混凝土的不利工况进行分析，采用midas建立空间有限元模型，钢构件采用梁单元模拟，托架底板采用板单元模拟。斜撑、主横梁与管桩交叉焊接部位采用全方向约束

19、支撑。 有限元模型如下：详见下图5.1-1、2所示。图5.1-1 防撞墩托架整体模型图5.1-2 防撞墩托架整体模型图5.1-3 防撞墩托架模型边界条件图5.1-4 防撞墩托架模型荷载布置6 整体模型计算分析结果图6.1-1 组合荷载1防撞墩托架整体强度图6.1-2 组合荷载2防撞墩托架整体强度由以上两种荷载组合分析可知，荷载组合作用下防撞墩托架最大应力，故防撞墩托架整体强度满足要求。7 单元模型计算分析结果7.1 8mm厚面板计算（1）面板强度计算 图7.1-1 组合荷载1面板强度图7.1-2 组合荷载2面板强度由以上两种荷载组合分析可知，荷载组合作用下防撞墩托架最大应力，故防撞墩托架面板整

20、体强度满足要求。（1）面板刚度计算图7.1-3 组合荷载1面板刚度图7.1-4 组合荷载2面板刚度由计算结果可知：荷载组合1作用下I32a工字钢最大位移向下，最大位移为，满足要求。7.2 I32a工字钢斜撑计算（1）强度计算图7.2-1 组合荷载1下I32a工字钢斜撑强度由计算结果可知：荷载组合1作用下防撞墩托架最大应力，故防撞墩托架I32a工字钢斜撑强度满足要求。（2）刚度计算图7.2-2 组合荷载1下I32a工字钢斜撑刚度由计算结果可知：荷载组合1作用下I32a工字钢最大位移向下，最大位移为，满足要求。7.3 I32a工字钢横梁计算（1）强度计算图7.3-1 组合荷载1下I32a工字钢横梁

21、强度图7.3-2 组合荷载2下I32a工字钢横梁强度由计算结果可知：荷载组合1作用下防撞墩托架最大应力，故防撞墩托架整体强度满足要求。图7.3-3 组合荷载1下I32a工字钢横梁应力图（2）刚度计算图7.3-4 组合荷载1下I32a工字钢横梁刚度图7.3-5 组合荷载2下I32a工字钢横梁刚度由计算结果可知：荷载组合1作用下I32a工字钢最大位移向下，最大位移为，满足要求。7.4 I14工字钢分配梁计算（1）强度计算图7.4-1 组合荷载1下I14工字钢分配梁强度图7.4-2 组合荷载2下I14工字钢分配梁强度由计算结果可知：荷载组合1作用下防撞墩托架最大应力，故防撞墩托架I14工字钢强度满足

22、要求。（2）刚度计算图7.4-3 组合荷载1下I14工字钢分配梁刚度图7.4-4 组合荷载2下I14工字钢分配梁刚度由计算结果可知：荷载组合1作用下I14工字钢最大位移向下，最大位移为，满足要求。7.5 结论1、防撞墩检算结果汇总如下表表8.1-1 防撞墩托架强度检算汇总表部位规格项目最大值（MPa）允许应力（MPa）是否满足面板8mm组合应力 60.2215满足斜撑I32组合应力57.8215满足横梁I32组合应力39.9215满足分配梁I14组合应力52.29215满足表8.1-2 防撞墩托架刚度检算汇总表部位规格项目最大值（mm）允许位移（mm）是否满足面板8mm组合应力 3.184满足斜撑I32组合应力0.341满足横梁I32组合应力1.622.5满足分配梁I14组合应力3.1810满足7.6.钢护筒计算护筒长8m、直径1.4m、壁厚10mm，防撞墩托架与桩基钢护筒进行焊接，护筒与混凝土摩擦承受荷载作用力。即F=2.75*2.75*3.14*4*23*1.2=2621KN。每根护筒承受的压力F=873KN。护筒计算按照压杆稳定进行计算。查五金手册可知i=49.145cm，故护筒受力模型属于小柔度杆件。，满足要求。