钢板桩围堰围囹设计及施工.doc

钢板桩围堰围囹设计及施工京杭运河特大桥河位于宿城区及宿豫区交界处，主桥上部结构设计采用72+120+72m预应力砼变截面连续梁跨越京杭运河。京杭运河特大桥24#、25#主墩位于水中，设计为低桩承台钻孔灌注桩基础，单个承台平面尺寸为12.2m12.2m，承台厚度3.5，左右幅承台间距为2.15m，24#、25#墩总计4个承台。运河地质资料图由于施工区域运河水位较深，可以采用大型水上施工设备，经技术经济对比分析决定：水中墩24#、25#采用钢板桩围堰施工，钢板桩采用长18m，宽40cm，厚15.5mm的拉森IV型钢板桩，W=2037cm3。钢板桩围堰在抽水过程中钢板桩围囹的设计承台开挖时围囹及内支撑受力检算工况一：浇注围堰封底砼，砼强度达到80后降水到第一道围囹下50cm时，取1钢板桩作为受力体系验算，求得第一道内支撑处反力R=59.37kn,R砼=41.53kn。此时围囹四周承受均布力q=78.27kn/m，内支撑材料断面选择，第一层内支撑材料围囹采用两片I40工字钢，斜撑采用60cm钢管。受力及简图如下：八字斜撑材料钢管为A3钢，【】=140MP，横向压应力以最大支点反力控制设计支撑断面选择，查路桥施工计算手册附表2-13得单根支撑反力为:R1=0.416978.276.65=216.99kn,（正面） R2=0.416978.276.65=216.99kn（侧面）则八字撑轴向力为Rmax=306.87KNA= Rmax/=3 600管桩面积：A=此处拥有足够的安全系数，满足要求查桥涵不等跨连续梁内力系数得内支撑最大弯矩两片I40工字钢抗弯模量为：21140=2280cm3,= (普通A3允许强度)考虑稳定性问题，此处拥有足够的安全系数，满足要求工况二：安装好第一道支撑后继续降水至第二道支撑以下50cm，安装第二层内支撑，此处围囹采用三片I56工字钢，此时围堰受力如图4- a 图4- a 荷载粘土容重为19KN/M3 H=10.051m h=7.181m =15 h1=6.551m取分离体分别计算 图中1、2处压强P1=r水h1=65.51KN/M2P2右= 141.877KN/ m2P2左= r水h =74.81 KN/ m2实际受力如图c所示：对钢板桩抗弯性能进行检算最大弯矩=413knm钢板桩强度检算 =/W=413000/2037 =202.9Mpa【】=210MP所以钢板桩强度满足要求！内支撑材料断面选择，第二层内支撑材料围囹采用三片I56工字钢，斜撑采用60cm钢管。受力及简图如下：八字斜撑材料钢管为A3钢，【】=140MP，横向压应力以最大支点反力控制设计支撑断面选择，查路桥施工计算手册附表2-13得单根支撑反力为:R1=0.4169219.086.65=672.93kn,（正面） R2=0.4169219.086.65=672.93kn（侧面）则八字撑轴向力为Rmax=951.52KNA= Rmax/=951.52KN/140Mpa=6796.59mm2600管桩面积：A=此处拥有足够的安全系数，满足要求查桥涵不等跨连续梁内力系数得内支撑最大弯矩Mmax=0.0869219.086.652=841.91knm。两片I40工字钢抗弯模量为：32447=7341cm3,=841.91knm7341 cm3=114.68Mpa【】=140MP(普通A3允许强度)工况三：此时工况为第二道支撑安装完成后，继续抽水至第三道支撑以下50cm，安装第三层内支撑，第三层围囹采用3根I56工字钢，支撑形式与工况二相同，此时围堰受力如图4-b图4-bP1=r水h1=65.51 KN/M2P2土= =141.877KN/M2P2水=r水h3 =56.11 KN/ m2钢板桩及内支撑验算由于受力为超静定结构，故根据结构力学力法方程有：基本体系与未知力的弯矩图如下11X1=1pMF=MX1+Mp (A1y1+A2y2)X1+ A1y3+A2y4=0A1=2.75、A2=7.9、y1=252、y2=836、y3=1.2、y4=0.9求出X1=135.23kn、MF=387.38knm对其受力分析如上图所示以每延米钢板桩为计算单位支点反力及最大弯矩最大弯矩=387.38knm钢板桩强度检算=/W=387.38knm/2037cm3=190.17Mpa【】=210MP所以钢板桩强度满足要求！内支撑材料断面选择，第三层内支撑材料与第二层相同，围囹采用三片56工字钢，斜撑采用60cm钢管。受力及简图如下：横撑材料钢管为A3钢，【】=140MP，横向压应力以最大支点反力控制设计支 撑断面选择，查路桥施工计算手册附表2-13得单根支撑反力为: R1=0.4169135.236.65=415.37kn, R2=0.4169135.236.65=415.37kn则八字撑轴向力为Rmax=587.34KNA= /=587.34/140=4195.3mm2600管桩面积：A=考虑稳定性问题，此处拥有足够的安全系数，满足要求工况四： 此种工况为第三层内支撑安装完成后继续降水至第四层内支撑下50cm，安装第四层内支撑，第四层围囹采用三根I56工字钢，内支撑采用“井”字撑加四角八字撑，“井”字撑材料为两根I56工字钢，四角八字撑仍采用钢管，此时受力简图如下：由于受力为两次超静定结构，故根据结构力学力法方程有：基本体系与未知力的弯矩图如下支撑钢板内支撑的情况计算图中两个支撑点的压强 h1=1.87m h2=1.87m h3=3.441m P1=65.51kn/m P2=103.877 kn/m 分别计算支撑处的支点反力及支弯矩，以及最大弯矩值，11X1+11X2+1p=0；21X1+22X2+2p=0；MF1=M1X1+Mp；MF2=M2X2+Mp；11 = (A1y1+A2y2)=14.812 = (A1y3+A2y4)=18.521 = (A3y1+A4y2)=18.822 = (A3y3+A4y4)=19.41p=(A1y5+A2y6)2p=(A1y7+A2y8)A1=3.15、A2=7.4、A3=7.2、A4=4.9、y1=1.4、y2=1.3、y3=1.6、y4=0.7、y5=328.9、y6=640.4、y7=570.7、y8=880解得：Mmax=374.36knm【】=M/W=374.36kn/2037cm3=183.78Mpa【】=210Mpa满足要求！横撑材料工字钢为A3钢，【】=140MP，横向压应力以最大支点反力控制设计支 撑断面选择，查路桥施工计算手册附表2-13与2-10得粘土容重为19KN/M3 H=10.051m h=6.551m =15 h1=3.441mP= P1+r土（H - 6.551）tg2（45/2）-r水3.441=54.59KN/ m2布置受力图如下：则轴向反力最大处为R1=0.607ql=0.60754.597.5=248.52kn,A= /=264.45/140=1775mm227000 mm2I56工字钢截面面积单根为13500 mm2，两根为27000 mm2。考虑稳定性问题，此处拥有足够的安全系数，满足要求斜撑处轴向力为R=351.42KNA= R/=351.42/140=2510mm2600管桩面积：A=,此处拥有足够的安全系数，满足要求。由于第四道支撑力承台底有30cm,验算此时第四道支撑以下钢板桩的强度、刚度根据经验考虑承台封底30cm处是支点位置，简化该段为简支梁受力则该段钢板桩的Mmax=188.38knm。=M/W=188380/2037=92.47【】=210Mpa满足要求！工况五：第四道内支撑安装结束后继续抽水至承台底，此时钢板桩受力形式为如下图，水抽干后钢板桩最不利强度验算当承台顶面支撑安装结束后，抽水至承台底，此时从该道支撑至承台底跨度4.1m，按经验考虑，封底砼下30cm为该处支点，该段范围内钢板桩强度。1、水压力P1=水h=1010.351=103.51KN/m22、土压力，由于支撑位置比河床高60cm（河床顶至支撑中部），此时钢板桩外侧受主动土压力土上受水均布压力，等效成土厚度 h等=65.5119=3.45m则钢板桩外侧土压力P2=97.25tan2（45- 152）=38.371KN/m2则水、土叠加得钢板桩外侧受力图把CD段简化成简支梁，计算钢板桩强度查建筑结构静力计算手册 ，取1m宽钢板桩最大弯矩为：Mmax=q2l262v3-u1+u1-u2 u=q1q2 =0.42 v=u2+u+13 =0.73求得Mmax=247.18KNm验算钢板强度(钢板桩材质16Mn