承台钢板桩围堰设计检算.doc

桥梁承台钢板桩围堰设计验算苗兰弟（陕西铁路工程职业技术学院 陕西 渭南 714000）摘要：钢板桩围堰由于具有施工速度快、防水性能好、可重复利用等诸多优点, 被广泛应用于桥梁深水基础围堰工程。文章介绍了钢板桩围堰结构设计方案与结构验算方法,为承台钢板桩围堰施工提供了保证。关键词：钢板桩围堰、设计、检算Design and check calculation of Steel Sheet Pile CofferdamsLandi Miao（ShaanXi Railway Institute，Weinan ShaanXi 714000）Abstract:The steel sheet pile cofferdam is fairly used for construction of foundations in water area for its constructional feasibility, water proof ability and repetitive usage possibilities. This paper introduces the structural design of steel sheet pile cofferdam and structural checking method，Providing a guarantee for Construction of bearing steel pile cofferdam.Key words :Steel sheet pile cofferdam；Design；Check calculation1 概述钢板桩的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大形成流砂而影响基坑开挖。它主要承受土压力和水压力，因此钢板桩本身也是挡土墙，但它又非一般的刚性挡墙，它在承受水平压力时是弹性变形较大的柔性结构，它的受力条件与板桩墙的支撑方式、支撑的构造、板桩和支撑的施工方法及板桩入土深度密切相关，需要进行专门的设计计算。2 工程概况本桥长约8.5km，其中（40+56+40）m连续梁桥主墩承台高4.0m，设计为双层式（2.5m+1.5m）承台，连续梁边墩承台设计为单层2m高承台,其余承台均为单层，高度有3.5m，3.0m ,2.5m，2.0m。122#169#承台所处地质环境作用等级为H1，设计采用C35砼，其余承台采用C30砼。承台围堰均采用钢板桩围堰。3 地质情况根据工程地质勘测报告， 承台处的地质情况如表1。表1 承台地质情况编号厚度（m）名称重度（kN/m3)固块粘聚力（Kpa)固块摩擦角( ）11.5黏土18.228.7811.46228淤泥质黏土16.915.195.024 设计施工方案概述钢板桩围堰主要由拉森型钢板桩组成，插打完钢板桩后直接开挖，采用一层内支撑支护。 5 围护结构计算5.1 设计计算参数5.1.1 材料设计参数表表2 主要材料设计参数表序号材料规格材质容重（KN/m3）备注1钢板桩拉森Q34578.55.1.2 材料设计强度值表3 钢材设计强度值（N/mm2）钢材抗拉、抗压、抗弯抗剪承压型号厚度或直径（mm）Q2351621512532516-4020512040-6020011560-100190110Q3451631018040016-4029517040-6026515560-100250145说明：设计强度按钢结构设计规范GB50017-2003取值。5.1.3 设计荷载分项系数 基坑为二级基坑，安全系数为1.0。5.2 钢板桩围堰受力分析5.2.1钢板桩计算参数钢板桩型号：拉森型钢板桩，其规格及参数见图1和表4： 图1 拉森型钢板桩断面图表4 拉森钢板桩截面参数型号质量W(cm3)钢板桩尺寸（mm）（kg/m）2700bht1t210660021027185.2.2钢板桩支撑设计 本钢板桩长初步拟定为12m，钢板桩入土深度8.2米，钢板桩立面图如下：图2 钢板桩立面图5.3.荷载计算钢板桩外侧主要承受主动土压力、挖机自重，根据浙江省建筑基坑工程技术规范计堆载为20kN/，内侧主要受围囹内横承和被动土压力。主动土压力 其中地面堆载，取 计算土压力的点至地面的距离 基坑外侧土的加权平均的重度 主动土压力系数，为基坑外加权平均摩擦角 基坑外加权平均固块粘聚力被动土压力 其中计算土压力的点至地面的距离 基坑内侧土的加权平均的重度 主动土压力系数，为基坑内加权平均摩擦角 基坑内加权平均固块粘聚力 5.3.1.围堰内摩擦角计算根据工程地质勘测数据表格，对12m以上地质中的内摩擦角进行加权平均：5.3.2围堰地质重度计算同理可以得到5.3.3围堰主动、被动土压力系数5.3.4固块粘聚力 5.3.5钢板桩入土深度计算基坑挖深4.8m，其中设一层钢管支撑，如钢板桩立面图所示。取1m为计算单元，采用水土合算。5.3.5.1绘制出土压力分布图图3 土压力分布图5.3.5.2计算y值土压力零点距离坑底y，则：5.3.5.3计算支座反力主动土压力临界深度利用midas civil建立模型如下图所示。图4 钢板桩土压力零点上部结构模型经过计算，得出围囹受力，及土压力零点剪力。图5 钢板桩土压力零点上部结构模型支点反力5.3.5.4 计算x值根据静力平衡法，土压力零点剪力和墙被动土压力合力相等可求的x值：图6 入土深度计算简图则埋置深度为：选取钢板桩长度。5.4钢板桩计算模型钢板桩检算时一个完整钢板桩及其两侧半个钢板桩为一单元，宽度1.2m，采用水土合算，截面及简化截面如图7所示。使用Midas Civil软件进行计算分析。图7 钢板桩计算截面及简化截面5.4.1模型分析 钢板桩插打完毕，埋深点以下基本不受力，故在埋深点位置设全约束，钢管围囹处设置一约束。则钢板桩所受合力如图所示。图8 钢板桩受力图经过Midas Civil软件计算，得到钢板桩应力及变形如图9和图10所示：图9钢板桩应力图最大应力=50.5MPa=295 MPa，符合要求。图10钢板桩变形图最大位移f=9.7mmf=9000/150=60mm，满足要求。5.5基坑底部的抗隆起稳定性验算 采用普朗德尔公式进行计算：其中抗隆起稳定性系数，要求地基承载力系数基坑外侧支护结构底部至地面之间土层的加权重度基坑内侧支护结构底部至坑底之间土层的加权重度基坑开挖深度支护结构嵌入深度支护结构底部滑裂面深度内土的加权粘聚力支护结构底部滑裂面深度内土的加权摩擦角支护结构底部抗隆起验算地面超载折算值抗隆起稳定性满足要求。5.6钢管围囹结构模型分析围囹采用两根I25a工字钢并排使用，对口撑钢管采用3518间距4m。5.6.1型钢围囹模型分析取两根钢管间围囹建模，模型如下所示。图11 型钢围囹4m单元模型经过Midas Civil软件计算，得到型钢应力及变形如图12所示：最大应力=166.4MPa=215 MPa，符合要求。图12钢板桩变形图最大位移f=0mm满足施工要求。5.6.2钢管模型分析 钢管所受轴力，钢管截面积。承台最大宽度10.2m，即基坑最大宽度13.2m，故钢管最长长度12.9m。钢管强度检算，强度满足要求。回转半径。 按b类查表得，稳定。6.结论钢板桩围堰施工速度快、防水性能好、可重复利用，在深水基础中被广泛应用，文章通过对深水基础钢板桩围堰的设计及力学计算验证，为设计提供了理论基础，确保围堰安全, 在施工中深水基础钢板桩围堰方案经受住了考验，并为工程安全提供了保障，说明本方案的理论设计计算是科学的，作为工程应用是可行的，为类似工程提供了经验。参考文献：1罗万录. 深水基础用钢板桩围堰计算分析J.铁道标准计.2009/4.74-762公路桥涵设计通用规范JTG D62-2004 S. 北京:人民交通出版社,2004.3公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004 S.北京:人民交通出版社,2004.4周水兴,何兆益,邹毅松.路桥施工计算手册M. 北京:人民交通出版社, 20