钢板桩围堰计算书

第 1 页 共 15 页 苏州西全桥主墩钢板桩围堰计算书苏州西全桥主墩钢板桩围堰计算书 一 工程概括 苏州西全桥跨望虞河为 48 75 80 80 48 75 米一联四跨连续梁形式 35 36 主墩位于望虞河中 主墩承台平面尺寸为 10 4 18 2 米 高度为 4 米 其上为 6 6 12 米 厚度 1 5 米的加台 主墩桩基为 15 根 1 5 米钻孔桩 35 36 主墩承台结构尺寸如下 编 号平面尺寸 m 高度 m 承台底标高 m 承台顶标高 m 35 10 4 18 2 4 11 457 7 457 36 10 4 18 2 4 11 337 7 337 二 围堰的布置及计算假设 1 围堰的布置 在比较 2 个墩的承台底标高及河床标高后 拟以 35 墩为例 进行钢板桩围堰 的设计 计算 钢板桩的具体布置如下图 第 2 页 共 15 页 2 计算假设 本计算中土层参数根据项目部提供的土层资料 按经验取值如下 编号土层名称 土层顶 标高 土层底 标高 容重 kN m3 内摩擦角 o 粘聚力 kPa 第 3 页 共 15 页 1 黏 土 4 5 6 819 52010 5 2 2 粉 砂 6 8 16 02024 510 围堰设计时计算水位按 2 0m 考虑 三 钢板桩围堰设计 1 土压力计算 本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法 即钢板桩承受孔隙水 压力 有效主动土压力及有效被动土压力 以水位标高 2 0 以基准 计算各高度点的水压力 有效土压力 1 主 被动土压力系数 黏 土 Ka tg2 45 0 49 0 7 2 20 ka Kp tg2 45 2 04 1 428 2 20 kp 粉 砂 Ka tg2 45 0 414 0 643 2 5 24 ka Kp tg2 45 2 417 1 555 2 5 24 kp 2 有效主动土压力的计算 a h 6 5m 时 Pa 0 b h 8 8m 上 时 Pa 0 49 9 5 2 3 2 10 5 0 7 3 99KN m2 取 Pa 0 h 8 8m 下 时 Pa 0 414 10 2 3 2 10 0 643 3 338KN m2 取 Pa 0 c h 20 5m 时 Pa 0 414 9 5 2 3 10 11 7 2 10 0 643 44 6 KN m2 3 孔隙水压力的计算 a h 6 5m 时 Pw 65 KN m2 b h 8 8m 时 Pw 88 KN m2 c h 20 5m 时 Pw 205 KN m2 4 土压力合力 a h 6 5m 时 Pa 65 KN m2 第 4 页 共 15 页 b h 8 8m 时 Pa 88 KN m2 c h 20 5m 时 Pa 44 6 205 249 6 KN m2 2 各施工工况及内力计算 本围堰施工时 按上层支撑已安装 并抽水 吸泥 至待安装支撑下 100cm 处 计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力 根据施工工序 分为四个工况 工况一 围堰第一道支撑加好后 抽水到 4 0m 标高时 工况二 围堰第二道支撑加好后 抽水 吸泥到 8 0m 标高时 工况三 围堰第三道支撑加好后 向围堰内注水至围堰外标高 围堰内吸泥 清淤到 13 957m 标高时 工况四 围堰封底砼浇注并达到设计强度后 围堰内抽水完成后 在计算时 各阶段钢板桩计算长度按等值梁法确定 从主动土压力与被动土 压力相等的反弯矩截面 即净土压力为零或弯矩为零 截断形成等值梁计算支撑反 力和钢板桩弯矩 工况一 围堰第一道支撑加好后 抽水到 4 0m 标高时 有效被动土压力 h 6 5m 时 Pp 2 10 5 1 428 30 KN m2 h 8 8m 上 时 Pp 2 04 2 3 9 5 30 74 6 KN m2 考虑板桩与土体的摩擦 被动土压力系数提高 K 1 6 则 h 6 5m 时 Pp 48KN m2 Pw 5 KN m2 h 8 8m 上 时 Pp 119 4 KN m2 Pw 28 KN m2 则 h 6 5m 时 Pp 53 KN m2 h 8 8m 上 时 Pp 119 4 28 147 4 KN m2 土压力分布图如下 第 5 页 共 15 页 截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下 第 6 页 共 15 页 工况二 围堰第二道支撑加好后 抽水 吸泥到 8 0m 标高时 有效被动土压力 h 10m 时 Pp 2 10 1 555 31 1 KN m2 h 20 5m 时 Pp 2 417 10 5 10 31 1 284 9 KN m2 考虑板桩与土体的摩擦 被动土压力系数提高 K 1 62 则 h 10m 时 Pp 50 4 KN m2 Pw 0 KN m2 h 20 5m 时 Pp 461 5 KN m2 Pw 105 KN m2 则 h 10m 时 Pp 50 4 KN m2 h 20 5m 时 Pp 461 5 105 566 5 KN m2 土压力分布图如下 第 7 页 共 15 页 截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下 工况三 围堰第三道支撑加好后 向围堰内注水至围堰外标高 围堰内吸泥 清淤 第 8 页 共 15 页 到 13 957m 标高时 有效被动土压力 h 15 957m 时 Pp 2 10 1 555 31 1 KN m2 h 20 5m 时 Pp 2 417 4 543 10 31 1 141 KN m2 考虑板桩与土体的摩擦 被动土压力系数提高 K 1 62 则 h 15 957m 时 Pp 50 4 KN m2 h 20 5m 时 Pp 228 42 KN m2 土压力分布图如下 截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下 第 9 页 共 15 页 工况四 围堰封底砼浇注并达到设计强度后 围堰内抽水完成后 土压力分布图如下 第 10 页 共 15 页 各道支撑在四个工况下的最大反力作为圈梁的设计依据 则第一至第三道支撑 的支撑反力依次为 R1 78 9 KN m R2 305 4 KN m R3 486 7 KN m 钢板桩在各工况下所受的最大弯矩 Mmax 210 7 KN m 钢板桩拟采用拉森 型 其惯性矩为 56700cm4 m 截面弹性模量为 2700cm3 m 钢材材质为 SY295 78 04 Mpa 0 6 295 177 Mpa 符合要求 w M max 2700000 10 7 210 6 3 坑底土抗隆起验 围堰在水下清淤到 13 957m 标高处 须验算坑底的 承载力 如承载力不足 将导致坑底土的隆起 所以必须 要求钢板桩有足够的入土深度 本工程坑底抗隆起验算采用滑动圆滑分析法 以坑底 O 为圆心 以钢板桩入土深度 OB 为半径作圆交坑底水平线 于 E F 再由 E 作垂直平方线交河床面于 D 第 11 页 共 15 页 则 抗滑力矩 C1H OB 2 2C OB 10 5 2 3 10 7 157 4 543 3 14 4 5432 10 1082 9 滑动力矩 9 5 2 3 10 7 157 4 5432 2 2 1 OBHq 2 1 964 K 1 12 1 1 可满足坑底抗隆起验算 964 9 1082 4 封底砼厚度计算 封底砼达到设计强度后 抽干围堰内的水 此时封底砼受到由于内外水土压 力差形成的向上的水的浮力 P 封底砼必须在自重 G 与钢护筒的粘聚力 N1及与钢 板桩的粘聚力 N2作用下抵抗水的浮力 P 本工程拟定封底砼标号为 C25 取其设计值 ftd 1 23MPa 考虑施工阶段混凝 土的允许弯拉应力取 1 5 倍安全系数 则 0 82MPa 钢护筒与封底混凝土间握 裹力 0 12Mpa 砼封底厚度为 2 5m 考虑到封底砼顶面浮浆的存在 则封底砼 在计算时取有效厚度为 2 0 m 1 砼抗浮力计算 水的浮力 P 1000 9 8 15 957 13 2 20 4 15 3 14 0 752 ghs 3796 7t 封底砼自重 G 2 3 13 2 20 4 15 3 14 0 752 2 0 1116 8tv 封底砼与钢护筒的粘聚力 N1 2 3 14 0 75 2 0 15 12 1695 6t 封底砼与钢板桩的粘聚力 N2 13 2 20 4 2 2 12 1612 8t G N1 N2 1116 8 1695 6 1612 8 4425 2 t P 满足要求 2 封底混凝土拉应力计算 由于承台封底混凝土与钢护筒及钢板桩形成握裹支撑 其力的传递较为复 杂 根据本承台桩基布置情况 将封底砼看成承受均布荷载的三边固定 一边简 支的面板结构 则 作用在砼梁上的荷载 p 15 957 10 2 0 23 113 6 KN m2 Mx 0 06 0 06 113 6 3 92 103 7 KN m 2 ql 第 12 页 共 15 页 My 0 055 0 055 113 6 3 92 95 03KN m 2 ql 39 22 106 2 6 20003900 6 mm bh WW yx MPa W M x x x 04 0 106 2 10 7 103 9 6 5 内支撑的设计计算 本工程中支撑圈梁采用 H588 型钢 支撑钢管采用 530 壁厚 10mm 和 630 壁厚 12mm H588 型钢的截面特性如下 A 18576mm2 I 113283 85cm4 W 3853 2cm3 530 壁厚 10mm 其截面特征如下 A 16336 3mm2 W 4 17 106mm3 I 5 52 108mm4 i 183 88mm A I 单位重量 q 128 24kg m 630 壁厚 12mm 其截面特征如下 A 23298 1mm2 W 7 064 106mm3 I 11 13 108mm4 i 218 5mm A I 单位重量 q 182 9kg m 第 13 页 共 15 页 第一道支撑经 SAP2000 计算结果如下 弯矩图 轴力图 a 由计算可知 圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上 Mmax 153 51 KN M Nmax 497 5 KN 则 26 8 37 9 64 7 MPa A N W M x 18576 10 5 497 3 385320005 1 1051 153 6 f 强度符合要求 第 14 页 共 15 页 b 支撑钢管所受最大轴力 N 591 5KN 计算长度 L 4 2 m 由 22 8 查表得 0 963 i l 184 0 2 4 37 6 MPa 整体稳定性符合要求 A N 3 16336963 0 10 5 591 3 f 第二道 第三道支撑布置 材料规格均相同 取受力较大的第三道支撑验算 第三道支撑经 SAP2000 计算结果如下 弯矩图 轴力图 第 15 页 共 15 页 a 由计算可知 圈梁最不利荷