xx特大桥主墩承台围堰施工方案.doc

赣榆青口特大桥主墩承台围堰施工方案一、工程概况本工程主墩围堰位于赣榆青口河上，青口特大桥主桥为悬浇预应力混凝土连续箱梁。主墩18号、19号墩为水中墩，采用单层钢板桩深水围堰方法施工。本文以18号墩围堰施工为例对单层钢板桩深水围堰作具体分析。主墩为埋置式承台，埋入河床泥面以下2.9m左右。由于青口河在入海口，受潮汐水位影响比较大，施工期间水位为+1.5m+2.1m。钢板桩顶标高控制为+2.8m。基坑底至施工水位平均为9m。本桥承台尺寸为6.8m11m，采用8.8m13.2m的钢板桩围堰进行施工，钢板桩长为16 m。其尺寸见示意图。二、工程地质情况本基坑钢板桩埋深范围内地质情况为：层 第一层 填筑土， 高程为 -0.9m -8.34m。层 第二层 粉砂，高程为 -8.34m -9.49m。层 第三层 中砂，高程为 -9.49m-17.59 m。层 第四层 粘土，高程为 -17.59m-23.29 m。层号名称重度r(KN/m3)粘聚力c(KPa)内摩擦角()(1)填筑土18.8515(2)粉砂19222(3)中砂19.4325平均19.1320三、已知条件：施工水位：+2.1m；钢围堰顶标高：+3.0m；河床标高：-0.9；承台底面标高：-6.66m；承台厚2.8 m；围堰内50cm厚C20封底砼；拉森型钢板桩：W=2037cm3，f=170MPa4、钢板围堰计算钢板桩围堰是由封底砼、内支撑、围囹堰体、导向结构组成。根据图纸提供的资料，承台底标高在土层下5.76m，其河床上为填筑土层深为7.4m，水深3.0m。因此设钢板桩穿过填筑土、粉砂，进入中砂土，钢板桩从基坑底入土深度根据计算确定，内支撑按堰体等弯矩并结合承台施工的实际情况分布。水流按动水压力考虑。封底砼用0.5m厚C20。4.1、动水压力计算：根据水流速度V=0.8m/s验算每米钢板桩承受的力：P=KHV2/2gBrK为安全系数取18H为水深(m)V=0.8m/sg为重力加速度9.8m/s2B桩板宽1.0mr水的密度(10 KN/m3)P=1830.82/(9.82) 110=17.6KN确定动水作用集中点为水面下水深1/3计算。Hc=1/33.0=1.0 m，即：P作用于堰体标高为+0.1m位置处,根据结构在P作用下，围堰平衡只能由打入桩一定深度的被动土压力完成。4.2、绘制土压力分布图施工过程分三种工况：工况（一）：第一道支撑设置完毕，抽水并开挖到第二道支撑下50cm处，准备架设第二道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑，钢板桩按简支梁计算。工况（二）：即第二道支撑设置完毕，围堰内泥面标高开挖到第二道支撑下50cm处，此时可假定钢板桩下端支撑与钢板桩土压力强度等于零的点，钢板桩按二跨连续梁进行计算。工况（三）：即第三道支撑设置完毕，围堰内泥面标高开挖承台底标高下50cm（50cm基坑底封底混凝土），此时可假定钢板桩下端支撑与钢板桩土压力强度等于零的点，钢板桩按三跨连续梁进行计算。4.3、工况（三）进行计算钢板桩围堰计算入土深度时，取最不利状况，即按照工况（三）进行计算如下：钢板桩的控制标高见下图：钢板桩土压力及水压力分布图如下4.3.1计算钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y按朗金土压力理论，河床底土压力与水压力分开，河床底水平且有均布水荷载模式下进行计算。主动土压力的土取自然状态下的平均容重=19.1KN/m3，内摩擦角取20（参照工程地质纵断面图中的CZK12孔）。因土处于饱和水状态，为简化计算，不考虑土的粘聚力及土对钢板桩的竖向摩擦力。B点处水压力强度eBw=wH=103=30 KN/m2主动土压力系数ka=tg2（45-/2）= tg2（45-20/2）=0.49被动土压力系数kp=tg2（45+/2）= tg2（45+20/2）=2.04水的当量土高度h=eBw/（*ka）= 30/（19.10.49）3.21m基坑底处土压力强度eDs=*H*ka=19.1（3.21+6.26）0.49=88.63 KN/m2钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=eDs/*（Kkp-ka）=1.67m4.3.2将AE段梁当作钢板桩的等值梁，按三跨连续梁计算其支点反力和最大弯距受力模型图（按围堰1 m宽计算单位：集中力KN、均布力KN/m、长度m）：剪力图（单位：KN）：弯距图（单位：KN. m）：计算结果如下：RA=26.18KNRB=-44.75+36.42=-8.33KNRC=220.18+143.75=363.93KNRE=126.21KNMmax=-199.47KN.M4.3.3根据RE和墙前被动土压力相等的原理，求x值，确定钢板桩的长度。RE= ps*（Kkp-ka）*x2/6126.21=19.1*（1.6*2.04-0.49）* x2/6 x=3.78m入土深度t=(x+y)*1.1=(1.67+3.78)*1.1=6.0m桩长L=7.16+2.6+6=15.76m，拟选用桩长16m的钢板桩。4.3.4验算钢板桩的强度钢板桩拟选用德国拉森型钢板桩：每1m宽对b边（长边）截面模量W=2037cm3；钢板桩允许抗弯应力取容=170MPa；钢板桩允许抗剪应力取容=95Mpa。拉应力=Mmax/W =（199.47*103）/(2037*10-6)=97.9Mpa容=170Mpa剪应力=1.5Qmax/A=1.5*220.18*103/0.01=33.02Mpa 容=95Mpa所以，采用德国拉森型钢板桩强度满足要求。4.3.5、工况(三)计算围囹、水平支撑4.3.5.1、第一道围囹、水平支撑强度及刚度验算根据第一道边框围囹处的支点反力，初步确定第一道支撑的布置形式为：边框围囹支撑采用双拼225a型槽钢，内部水平支撑采用双拼225a槽钢，形成口对口组合断面 形式，并用钢板焊接连接。边框围囹按多跨连续梁进行计算，跨径按2.2m、3m、2.8m、3m、2.2计。1、第一道围囹强度及刚度验算作用在第一道边框围囹的边:26.18KN/m双拼225a型槽钢:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）边框围囹强度验算双拼225a槽钢，W=270cm3，I=3370cm4Mmax =18.42KN.Mmax=Mmax/W=（18.42103）/（270210-6）=34.1MPa145 MPa，强度满足要求。2）边框围囹刚度验算=0.677=(0.677*26.18*103*34)/(100*2.1*105*106*3370210-8)=110-3m=1L/400=3000/400=7，刚度满足要求。2、第一道内部水平支撑轴心抗压稳定性验算采用双拼225a槽钢，形成 断面形式，轴心力N=76.412=152.82KNi=0.44b=0.4415.6=6.864cml=8.8-0.252=8.3m=l/i=8.3/0.06864=121查表得，轴心受压构件的稳定系数=0.432=N/A=152.82103/（0.43234.910-42）=50.7MPa145 MPa，满足要求。4.3.5.2、第二道围囹、水平支撑强度及刚度验算在工况(三)下,第二道边框支撑处的支点反力较小（8.33KN/m），对其暂时不予验算。 4.3.5.3、第三道围囹、水平支撑强度及刚度验算在工况(三)下,第三道边框支撑处的支点反力363.93KN/m，初步确定第三道支撑的布置形式为：边框围囹支撑采用双拼240a型槽钢、形成组合断面形式，内部水平支撑采用6008mm钢管，边框围囹按多跨连续梁进行计算，见下图。 1）边框围囹强度验算双拼2I40a槽钢，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =256.06KN.Mmax=Mmax/W=（256.06103）/（1090210-6）=117.5MPa175 MPa 强度满足要求。2）边框支撑刚度验算=0.677=(0.677*363.93*103*34)/(100*2.1*105*106*21720210-8)=2.210-3m=2.2L/400=3000/400=7.5，刚度满足要求。3）内部水平支撑轴心抗压稳定性验算内部水平支撑采用6008mm钢管，轴心力N=1062.172=2124.34KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.42=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，轴心受压构件的稳定系数=0.946=N/A=2124.34103/（0.946148.810-4）=150.9MPa170MPa，满足要求。4.4、工况（一）条件下，即架设第二道支撑前，第一道支撑支点反力计算：工况（一）：第一道支撑设置完毕，抽水并开挖到第二道支撑下50cm处，准备架设第二道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑，钢板桩按简支梁计算。基坑底处土压力强度e=*H*ka=19.1（3.21+0.5）0.49=34.7 KN/m2钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=e/*（Kkp-ka）=0.65m工况(一)下计算结果：第一道边框支撑支点反力RA=36.88KN/m钢板桩上弯矩Mmax =60.54KN.M185.10 KN.M（钢板桩满足要求）1、第一道围囹强度及刚度验算作用在第一道边框围囹的边:36.88KN/m双拼225a型槽钢:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）边框围囹强度验算双拼225a槽钢，W=270cm3，I=3370 cm4Mmax =25.95KN.Mmax=Mmax/W=（25.95103）/（270210-6）=48.0MPa145 MPa，强度满足要求。2）边框围囹刚度验算=0.677=(0.677*36.88*103*34)/(100*2.1*105*106*3370210-8)=1.410-3m=1.4L/400=3000/400=7，刚度满足要求。2、第一道内部水平支撑轴心抗压稳定性验算采用双拼225a槽钢，形成 断面形式，轴心力N=107.642=215.28KNi=0.44b=0.4415.6=6.864cml=8.8-0.252=8.3m=l/i=8.3/0.06864=121查表得，轴心受压构件的稳定系数=0.432=N/A=215.64103/（0.43234.9110-42）=71.5MPa145 MPa，满足要求。4.5、工况（二）条件下，即架设第三道支撑前，第一、二道支撑支点反力计算：工况（二）：第二道支撑设置完毕，抽水并开挖到第三道支撑下50cm处，准备架设第三道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑，钢板桩按二跨连续梁进行计算。基坑底处土压力强度e=*H*ka=19.1（3.21+2.9）0.49=57.2KN/m2钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=e/*（Kkp-ka）=1.08m工况(二)下计算结果：第一道边框支撑支点反力RA=0.26KN/m（不必再验算）第二道边框支撑支点反力RB=159.05KN/m钢板桩上弯矩Mmax =62.28KN.M167.12 KN.M（钢板桩满足要求）1、第二道围囹强度及刚度验算作用在第二道边框围囹的边:159.05KN/m1）边框围囹强度验算双拼2I40a槽钢，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =111.91KN.Mmax=Mmax/W=（111.91103）/（1090210-6）=51.3MPa145 MPa 强度满足要求。2）边框围囹刚度验算=0.677=(0.677*159.05.12*103*34)/(100*2.1*105*106*21720210-8)=1.010-3m=1.0L/400=3000/400=7.5，刚度满足要求。3）内部水平支撑轴心抗压稳定性验算内部水平支撑采用6008mm钢管，轴心力N=464.22=928.4KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.42=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，轴心受压构件的稳定系数=0.946=N/A=928.4103/（0.946148.810-4）=66.0MPa145 MPa，满足要求。4.6、钢板桩围堰稳定性分析与验算4.6.1基坑隆起计算对于钢板桩入土深度较深，且本身钢度较大，按下面公式验算：K= 2HKatg+2C +2H2Katg+4HC q+H （q+H）h 1.0式中：H钢板桩的深度（扣除水底部分），H=12.26mh基坑开挖深度，h=6.26mq水底压强，q=30KpaKa主动土压力系数，Ka=0.49C土的粘聚力1.5Kpa土的内摩擦角，=200算得K=1.041.0,故不会发生基坑隆起。52基坑底管涌验算不产生管涌的安全条件为:K=/j1.5 j= i i= h/( h+2t)式中 ：K抗基坑底管涌安全系数；水容重，=10 KN/m3；土的浮容重，=19.1-10=9.1KN/m3；i水力梯度，i= h/( h+2t)；j最大渗流力（动水压力）；h水位至坑底的距离，h=9.26m；t钢板桩的入土深度，t=6m；