(2#墩)水下承台钢板桩围堰施工设计方案.doc

一、 说明金溪大桥主墩（2#墩）桩、承台，水深6m多，拟定采用钢板桩，围堰抽干水施工，为加快施工进度，用钢板桩将左右幅两个承台围起来一起同时施工。本方案主要考虑施工方便采用悬臂板桩不设支撑，其长、宽方向，每边加宽1m作为工作面，以及施工抽水之用。施工方法：1） 先每隔5m打48mm钢管桩，定位设置导框架，导框架采用I326焊接在钢管桩上，形成一框架整体，然后施打钢板桩。2） 施打钢板桩之前，先将基底用抓斗船挖平整至-3.0m高程，然后施打钢板桩。3） 围蔽面积较大要设置足够的抽水泵，确保施工顺利实施。二、基本资料1） 钢板桩顶高程：+3.0m（比最高潮水位高30cm）2） 最高潮水位：+2.7m3） 水下承台桩顶标高：-3.0m4） 地质资料： r湿=1.64T/m3 0 =76Kpa（容许承载力） C =12 Kpa（平均粘聚力） =17 (内摩擦角均值) K= 0.59（修正系数）二、 悬臂钢板桩的计算：1、采用试算求出l1值：1212设板桩的入土深度l1=12ma）P= rh2= 105.72=16.245吨122b)计算被动土压力：12Pe=rtg2(45+ ) l12K=0.64tg253.5 1220.59=49.75吨1212P= rh2= 1122=72吨则：Pe=49.75+72=121.75吨13c)对O点取力矩：13Me= 12121.75=487 TM487225.81MeMM =（ 5.7+12）16.245=225.81 TMK= = =2.162（合符要求）取板桩的入土深度为12m。2.采用试算求出l2值：g点是剪力为零的点，令Pe=P就可计算出l2值。设：l2=4.385m1212则：17212水压力：P= rl22= 14.3852=9.61吨12被动土压力：Pe= rl22 tg2(45+ ) 0.59 = 0.644.3852tg253.500.59 =6.63吨 Pe=9.61+6.63=16.24吨为此：Pe= P =16.24吨(则L2=4.385m合符要求)3.计算dgh的合力：2121212水压力：P= rH2 = 4.38521=9.61吨土压力：Pe = rh2tg2(45+ )k =0.50.644.38521.8260.59 =6.63吨总压力 Pe =9.61+6.63=16.24吨以g点为中心取力矩：M1=（1.9+4.385）P=6.28516.24=102.07 TMM2=16.241.46=23.71 TM783600016000MmaxWMmax= M1- M2=102.07-23.71=78.36 TM= = =489.75kg/cm21200kg/cm2采用拉森型：W=16000cm2采用的板桩的总长度为18m。二、采用单锚浅埋板桩：单锚浅埋板桩，假定上端为简支，下端为自由支承，这种板桩相当于单跨简支梁。作用在墙后为主动土压力，作用在墙前为被动土压力。 （计算简图）设板桩的入土深度为3.8mBG=rH=15.7=5.7吨1.计算主动土压力：2 5.7 B G M Ea D FBG= rH=15.7=5.7吨DF= rH+ rHtg2(45- )5.7+10.8323.8m =9.5+0.643.80.548=10.83吨10.83Ea=3.8（ ）=31.41吨27.3616.533.835.7+210.835.7+10.833.83合力的作用点：BM= （ ）= =2.1mHa=5.7+2.10=7.8m12122.计算被动土压力：212水压力： rH2= 13.82=7.22吨被动土压力： rH2 tg2(45+ ) k=0.50.643.821.8260.59=4.98吨合计：Ep=7.22+4.98=12.2吨（312.2-231.41）5.72（31.41-12.2）(3Ep-2Ea)H2（Ea-Ep）HP=8.23m149.45438.42(36.6-62.82)5.7219.21计算：t= = = = =3.89m通过计算：入土深度采用3.8m是合符要求的。3.求RA的支座反力：x=0则RA=Ea-Ep=31.41-12.2=19.21吨4.求最大弯矩31.417.80.438.23Ea7.80.438.23FabLMmax= 128000016000Mmax= = =12.8TMMmaxW= = =80kg/cm2=1200kg/cm2拉森型：W=16000cm3板桩的总长度10m，需设顶端支撑。三、采用单锚式深埋板桩单锚式深埋板桩，上端为简支，下端为固定支承，其计算采用等值梁法。1、计算钢板桩前后的压力强度H=5.7mPbr(KKp-Ka)BE=rH=5.7吨，Pb=5.7吨y= 1722式中：Kp被动土压力系数1722Kp=tg2(45+ )= tg2(45+ )=1.826Ka=tg2(45- ) = tg2(45- ) =0.5485.71.25.71.64（0.71.826-0.548）K被动土压力修正系数K=0.7则：y= = =4.75m对A点取力矩32.4910.455.75.710.45Po（4.75+5.7）=5.75.7Po= = =3.1吨x=0RA=5.7-3.1=2.6吨5.75.74.7510.45FaabL按简支梁计算：6Por(kkp-ka)最大弯矩：Mmax= = =14.77吨X= Po=3.1吨63.11.64（0.71.826-0.548）X= 18.61.2X= = 15.5 =3.94mto=x+y=4.75+3.94=8.69mt=1.1to=9.6m t-to=9.6-8.69=0.91m板桩的入土深度为：9.6m147700016000MmaxW板桩总长取16m，拉森型W=16000cm3= = =92.3kg/cm21200 kg/cm21、板桩稳定性验算：板桩的入土深度除保证本身的稳定外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。 在水压力G的作用下，下部的软土地基沿圆柱BC产生滑动和破坏，则失去稳定的地基上绕圆柱面中心轴转动。X22X2则：转动力矩：Mov=G =(q+rh) 稳定力矩：Mr =x（xd） 水下饱和土时=0（抗剪强度）MrMov则隆起安全系数：K= 1.22cq+rh假设土层为匀质时，则K= 1.2本方案：q=0 , r=10KN , h=5.7m , C=12Kpa75.365.723.1412105.7则：K= = =1.321.2不会隆起。2.基底管涌验算： 当抽干水施工时，有可能发生管涌或流砂现象，为了施工安全，应防止这种现象的发生。rj K= 1.5 K管涌安全系数1.52 J 水头梯度hh+2t r土的浮溶重 j=jrw= rwkhrw-rh2r代入上式整理得：t r土的浮溶重，0.64吨/m3，K=1.5，h=5.7m1.55.71-0.645.720.64rw地下水的重度1吨8.55-3.651.28则t= = =3.83m因此，不会产生管涌现象。3、钢板桩面层支撑验算（单锚深埋板桩）验算纵向2I45按3跨连续梁计算 Mmax=0.1ql2=0.12.610.182=26.94TM12每条承受的弯矩：Mmax= 26.94=13.47T8MWI456 W=1500.4cm3ql4100EI= = =897.52kg/cm21700kg/cm2QSI剪力：V=0.6ql=15.88T 挠度=K K=0.677= Q=15880kg S=887.1cm31408714845574.6515880887.1337591.35I=33759cm4 =13.5mm= = =309.1kg/cm22.610.1841002.110633759ql4100EI=1000kg/cm2260010739.672.1108337592792314270893900105=k = 0.677 = 0.677= 0.6771018400L400 =0.266cmf= = =2.55cmWf 合符要求。1.横向支撑荷载：10.182.6T/m=26.46T2.杆端的连接：Lo=oL o=1(查钢结构表3-14)Lo=110.18=10.18m3.长细比的计算：=Lo/r r回转半径，壁厚为8mm101816.7482+46.424d2+d124= = =16.7cm= =61=150=0.837（查钢结构附录）A=（R2-R12）=3.14（242-23.22）=3.1437.76=118.57（cm2）NA26460118.57按强度验算： = =223.2kg/cm21000kg/ cm2(安全)26460118.570.837NA按稳定性验算：= =266.62150 kg/ cm2(安全)四、结论通过以上对钢板桩几种不同受力情况的计算和稳定性验算。1） 悬臂板桩2） 单锚式浅埋板桩3） 单锚式深埋板桩4） 板桩稳定性验算结合本工程所具备的条件，和施工现场实际情况进行综合分析比较，结论如下：1、 用钢板桩的型号，采用拉森型，各种受力情况均合符要求但要考虑今后的复用机会，建议采用拉森型，强度大。2、 悬臂板采用的板桩18m较长，耗用量较大，但桩顶不需设置支撑稳定性最佳，条件许可应尽量采用，其入土深度12m。3、 单锚式浅埋板桩，采用的板桩长度10m比较短，其入土深度3.8m，耗用量相对来说较小，但板桩的稳定性较差，容易引起管涌，不宜采用，板桩顶的支撑用量最大。4、 单锚式深埋板桩，采用的板桩计算长度16m，计算入土深度9.6m，稳定性验算满足要求，板桩顶的支撑相对于单锚浅埋板用量较少，可以采用，但板桩的长度最少也不能少于12m。最终意见：尽量采用悬式和单锚深埋式的两种