(拉森Ⅳ)40#钢板桩围堰计算书BBB

新建广州至珠海铁路复工工程一标段 白坭河特大桥40墩钢板桩围堰检算 新建广州至珠海铁路复工工程一标DK07+293.11 白坭河特大桥40墩钢板桩围堰检算中铁二十五局集团有限公司新建广州至珠海铁路复工工程一标工程指挥部二00九年一月十六日目 录一、工程概况19二、地基承载力验算19三、抗隆稳定验算20四、支撑的布置和计算22五、钢板桩受力分析24白坭河特大桥40#墩钢板桩围堰计算书一、工程概况 新建广州至珠海铁路正线于DK4+444.75DK10+141.465之间设白坭河特大桥，本桥为铁路双线桥，桥中心里程为DK7+293.11,桥全长5696.715m,共157墩2台158跨；本桥位于广州市白云区江高镇至佛山市南海区和顺镇境内，特大桥横跨白坭河和西南涌，区内主要为耕地、鱼塘、苗圃，地形平坦，交通条件较好。40#墩承台平面尺寸为15.019.9m,厚度为5.0m,拟采用德国拉森(Larseen)型锁口钢板桩施工。桥位处施工水位+3.194m,计算水位按+3.694米考虑。钢板桩顶标高按+3.694米设置。因该墩岸侧地面标高较河侧高,对钢板桩的压力较大，所以计算取岸侧地质条件作为计算地质。二、地基承载力验算 40#墩封底混凝土采用C25，厚度为6.5米，承台厚度为5.0m,分两次浇注,每次厚度为2.5米。1、验算基底承载力，基底荷载为=6.524=156kPa=250kPa。故基底承载力满足要求。基底完全能承受封底混凝土的重量。承台混凝土重量由封底混凝土抗拉来承受。2、验算利用封底混凝土抗拉强度是否能承受5米厚的承台混凝土重量。计算底层混凝土强度达到80%设计强度的承载力,容许抗拉应力=1.2MPa。因为主墩承台为群桩，底层混凝土为双向板，但为简化计算（且偏于安全），按桩的最大间距7.64m单向简支板计算，取板宽1m。计算封底混凝土达到强度后能否承受承台混凝土的重量：q=245.0(5.0米高承台混凝土重量)+2.0(振捣荷载)=122kPa/m则最大弯矩Mmax=1/81227.642=890kNm以混凝土作为受力截面,其最大拉应力为l=M/(bh2/6)=6890/(16.52)=126kPa=0.126MPa=1.2MPa,故安全，底层混凝土不会出现裂缝。三、抗隆稳定验算 （一）封完底后抽水抗隆稳定验算细砂：内摩擦角为20，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3，地基容许承载力=150kPa。中砂：内摩擦角为25，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3，地基容许承载力=150kPa。细圆砾土：内摩擦角为40，粘结力c为0kPa，天然容重为18.0KN/m3，地基容许承载力=250kPa。粉质粘土：内摩擦角为6.9，粘结力c为11.0kPa，天然容重为17.2KN/m3，地基容许承载力=120kPa。 按简明施工计算手册P294页式5-106封底混凝土采用C25，厚度为6.5米对C进行加权平均:c平均=(2.61*11.0)/27=1.06kPaK=2c/(q+rh)1.2K=23.141.06/(10.04.39+18.33.7+18.37.84-246.5)=0.0711.2所以抗隆计算必须考虑封底混凝土的抗拉承载作用。封底混凝土强度达到80%设计强度的承载力,容许抗拉应力=1.2MPa。因为主墩承台为群桩，底层混凝土为双向板，但为简化计算（且偏于安全），按桩的最大间距7.64m单向简支板计算，取板宽1m。（1）封底混凝土厚度按6.5米进行计算计算封底混凝土达到强度后能承受h米厚混凝土的重量：q=24h(h米高混凝土重量)+2.0(振捣荷载)=(24h+2)kPa/m则最大弯矩Mmax=1/8(24h+2)7.642=(174.96+14.58)kNm以混凝土作为受力截面,其最大拉应力为l=M/(bh2/6)=6(174.96+14.58)/(16.52)=1.2MPa, 解得：h=4.74m 6.5米厚封底混凝土抗拉强度能承受4.74米厚混凝土的重量。所以，式5-106可改为： K=2c/(q+rh)1.2K=23.141.27/10.04.39+18.33.7+18.37.84-24（6.5+4.74）=1.61.2所以封底混凝土厚度按6.5米计算能满足抗隆要求。四、支撑的布置和计算 支撑层数和间距的布置采用等弯矩理论进行布置计算， 这种布置是将支撑布置成使板桩各跨度的最大弯矩相等，且等于板桩的容许抵抗弯矩，以便充分发挥板桩的抗弯强度，并使板桩材料最经济。计算如下：=Mmax/W=rKah3/6Wh=3 板桩的容许弯曲应力 r板桩墙后土的重度 Ka主动土压力系数 Kp被动土压力系数参考书籍：简明施工计算手册P286 具体图示如图01图01相同类型墩位的地质情况，取最不利的情况进行计算。水：内摩擦角位0，粘结力c为0kPa，天然容重为10.0KN/m3，细砂：内摩擦角为20，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3，地基容许承载力=150kPa。中砂：内摩擦角为25，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3，地基容许承载力=150kPa。细圆砾土：内摩擦角为40，粘结力c为0kPa，天然容重为18.0KN/m3，地基容许承载力=250kPa。粉质粘土：内摩擦角为6.9，粘结力c为11.0kPa，天然容重为17.2KN/m3，地基容许承载力=120kPa。将、c在27.0米范围内加权平均计算：r平均=（4.39*10+3.7*18.3+11.0*18.3+5.3*18.0+2.61*17.2）/27.0=16.8KN/m3，平均=（3.7*20+11.0*25+5.3*40+6.9*2.61）/27.0=21.3c平均=(2.61*11.0)/27=1.06kPa钢板桩力学性能，=200MPa I=31573cm4/m W=2037m3/m土压力系数计算：由简明施工计算手册P133 查的Ka=0.575 Kp=2.14h=3=3=293.5cmh1=1.1h=322.8cmh2=0.88h=258.2cmh3=0.77h=225.9cmh4=0.70h=205.4cmh5=0.65h=190.7cmh6=0.61h=179.0cmh7=0.58h=170.2cm由计算结果，内支撑布置如下：第一道支撑布置在离计算钢板桩顶1.0米的地方，即标高为+2.694米的位置；第二道支撑布置在离第一道支撑2.9米的地方，即标高为-0.206米的位置；第三道支撑布置在离第二道支撑2.5米的地方，即标高为-2.706米的位置；第四道支撑布置在离第三道支撑2.2米的地方，即标高为-4.906米的位置,第五道支撑布置在离第四道支撑2.0米的地方，即标高为-6.906米的位置,第六道支撑布置在离第五道支撑1.9米的地方，即标高为-8.806米的位置,第七道支撑布置在离第六道支撑1.75米的地方，即标高为-10.556米的位置。 五、钢板桩受力分析工况一(岸侧)：不排水开挖至-18.746m，封底混凝土未浇注，计算图式见图02，钢板桩主要承受水压力（静水压力）及土压力（外侧为主动土压力，内侧为被动土压力），土压力按朗金理论计算。 图02(一)计算钢板桩外侧受力(1) 静水压力Pj=H=104.39(KN/m)=43.9kPa(河床处)(2)细砂主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa1=Pj+tan2（45-/2）(h+75) =Pj+rHKa =43.9+18.33.70.49=77.0KN/m2式中：h为钢板桩在细砂中的深度，细砂：内摩擦角为20，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3。 (3)中砂主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa2=Pa1+tan2（45-/2）(h+75) = Pa1+rHKa =77.0+18.311.00.406=158.7KN/m2式中：h为钢板桩在中砂中的深度，中砂：内摩擦角为25，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3，(4)细圆砾土主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa3=Pj+tan2（45-/2）(h+75) =Pa2+rHKa =148.9+18.05.30.217=169.6KN/m2 式中：h为钢板桩在细圆砾土中的深度，细圆砾土：内摩擦角为40，粘结力c为0kPa，天然容重为18.0KN/m3，(5) 粉质粘土主动土压力为: 参考书籍：简明施工计算手册P132Pa4=Pa3+tan2（45-/2）(h+75) =Pa3+rHKa =163.4+17.22.610.78=198.4KN/m2式中：h为钢板桩在粉质粘土中的深度，粉质粘土：内摩擦角为6.9，粘结力c为11.0kPa，天然容重为17.2KN/m3，(二)计算钢板桩内侧受力(1) 静水压力Pj=H=1022.44(KN/m)=224.4kPa(河床处)(2)被动土压力为:P136页Pp1=Pj+tan2（45+/2）(h+4.218)+2ctan（45+/2） =Pj+rHKp+2c =224.4+18.01.564.599+20=394.9KN/m2式中：h为钢板桩在细圆砾土中的深度，细圆砾土：内摩擦角为40，粘结力c为0kPa，天然容重为18.0KN/m3，Pp2=Pp1+tan2（45+/2）(h+4.218)+2ctan（45+/2） =Pp1+rHKp+2c =394.9+17.23.01.278+211=485.6KN/m2式中：h为钢板桩在粉质粘土中的深度，粉质粘土=6.9，c=11kPa,=17.2KN/m3工况一(江侧)：不排水开挖至-18.746m，封底混凝土未浇注，计算图式见图02，钢板桩主要承受水压力（静水压力）及土压力（外侧为主动土压力，内侧为被动土压力），土压力按朗金理论计算。 图02(一)计算钢板桩外侧受力(1) 静水压力Pj=H=108.42(KN/m)=84.2kPa(河床处)(2)粉砂主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa1=Pj+tan2（45-/2）(h+75) =Pj+rHKa =84.2+18.34.00.589=127.3KN/m2式中：h为钢板桩在粉砂中的深度，粉砂：内摩擦角为15，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3。 (3)砾砂主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa2=Pa1+tan2（45-/2）(h+75) =Pa1+rHKa =127.3+18.34.00.333=151.6KN/m2式中：h为钢板桩在砾中砂中的深度，砾砂：内摩擦角为30，粘结力c为0kPa，天然容重为18.3KN/m3，(4) 细圆砾土主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa3=Pa2+tan2（45-/2）(h+75) =Pa2+rHKa =151.6+18.05.40.217=172.6KN/m2 式中：h为钢板桩在细圆砾土中的深度，细圆砾土：内摩擦角为40，粘结力c为0kPa，天然容重为18.0KN/m3，(5)粉质粘土主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa4=Pa3+tan2（45-/2）(h+75) =Pa3+rHKa =172.6+17.25.180.78=242KN/m2式中：h为钢板桩在粉质粘土中的深度，粉质粘土：内摩擦角为6.9，粘结力c为11.0kPa，天然容重为17.2KN/m3，(二)计算钢板桩内侧受力(1) 静水压力Pj=H=1022.44(KN/m)=224.4kPa(河床处)(2)被动土压力为:P136页Pp1=Pj+tan2（45+/2）(h+4.218)+2ctan（45+/2） =Pp1+rHKp+2c =224.4+17.22.181.278+211=363KN/m2式中：h为钢板桩在粉质粘土中的深度，粉质粘土=6.9，c=11kPa,=17.2KN/m3将上序结果代入结构力学模型中。 钢板桩力学性能，=200MPa，I=31573cm4/m，W=2037m3/m围檩：第一、二层围檩采用工字钢2I50b；第三、四、五、六、七层围檩采用工字钢3I56b；竖向连接工字钢：第一、二层竖向连接工字钢采用工字钢I50b；第三层竖向连接工字钢采用工字钢I56b；第四、五、六层竖向连接工字钢采用工字钢2I56b；斜向连接型钢：斜向连接型钢均采用槽钢25；内撑：第一、二层内撑采用工字钢2I50b；第三、四、五、六、七层内撑采用工字钢3I56b；钢板桩采用与其惯性矩等效的板模拟：板厚11.05厘米，W=bh2/6=40110.52/6 =2037 m3/m整体建模，计算结果如下：最大应力=196Mpa最大变形=71mm结果表明：该结构在钢板桩围堰内挖土至标高-18.746米时，结构受力满足要求，安全。钢板桩受力:最大应力=121Mpa最大变形=71mm受力满足要求。第七道围檩受力:最大应力=196Mpa最大变形=18mm工况二：封底混凝土已经浇注，围堰内抽干水，拆除第七道围檩的内撑，但保留围檩。计算图式见图03 钢板桩主要承受水压力（静水压力）及土压力（外侧为主动土压力，内侧为被动土压力），土压力按朗金理论计算。 图03(1) 静水压力Pj=H=104.39(KN/m)=43.9kPa(河床处)(2)细砂主动土压力为:参考书籍：简明施工计算手册P132Pa1=Pj+tan2（45-/2）(h+75) =Pj+rHKa =43.9+18.33.70.49=77.0KN/m2 式中：h为钢