浙江公路大桥下部结构承台钢板桩围堰计算书

'xx河大桥下部结构承台钢板桩围堰计算书一、计算取值因12#、13#主墩处地质情况基本相同，因此在计算时以12#墩处的地质情况为计算依据。1、地层地质情况，根据图纸中12#主墩旁的地质钻孔资料（钻孔编号：ZK8006），可基本确定12#主墩处地质情况为：河床～-0.8m为淤泥，标高-0.8m～-9.5m范围内为粉土，标高-9.5m～-16.5m范围内为粉土。实测水面标高+3.0m，承台处实测河床平均标高0.0m，承台底标高-5.3m。因淤泥层比较薄全部按粉土考虑，通过查有关资料，粉土的主要力学参数为：土的重度γ＝18.0kN/m3（浮重度γ浮＝8.0kN/m3）、土的内摩擦角φ=27°、土的黏聚力c＝8kN/m2；2、水土分算，对应水位标高以下的土层取浮重度。3、水面标高取+3.0m，土面标高取0.0m进行验算。4、分工况进行验算。二、钢板桩入土深度及支撑情况钢板桩拟采用拉森Ⅳ型钢板桩W=2037cm3，[ƒ]=200MPa考虑到在施工过程中河面水位有可能上升及施工期间围囹支撑尽量不对承台施工造成影响，因此打入的钢板桩及横撑的布置位置情况为：钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩，桩长18.0m，打入后桩顶标高+4.5m，第16页 桩底标高-13.5m（因基坑混凝土封底底标高为-6.3m，因此钢板桩最大入土深度为7.2m）。围囹采用三道，其设置标高分别为+2.5m、0.0m和-2.3m。三层围囹及支撑结构形式均相同，围囹为双拼HK400cH型钢，斜撑采用Ф630钢管（壁厚20mm）。围囹及内支撑结构示意图详见施工方案。钢板桩及围囹支撑标高如下图所示：三、钢板桩及各支撑结构受力验算基坑开挖结束后坑底标高为-6.3m，水面标高为+3.0m，河床平均顶面标高以0.0m计算。基坑开挖深度H=6.5-0=6.5m。围堰周围土层以均质土对待，其力学参数为：土的重度γ＝19.0kN/m3（浮重度γ浮＝9.0kN/m3）、土的内摩擦角φ=10°、土的黏聚力c＝34kN/m2；1、各种工况下围堰验算（1）顶部支撑完成后，抽水并清理干挖至-1.0m高程位置，准备进行R0.0支撑时受力验算。主动土最大压力强度：第16页 pa土=γ浮Htg2（45°－-2ctg（45°－=9×13.5×tg2（45°－10/2）-2×34×tg（45°－10/2）=28.5kN/m2其中2c×=57.1kN/m2设主动土压力临界高程为hx，则有：57.1/（0-hx）=28.5/（13.5+hx）求得主动土压力临界高程hx=-9.0m主动水最大压强pa水=γ水H=10×（3+13.5）=165kN/m2主动水压力在开挖面位置的压强值为：pa水=γ水H=10×（3+1）=40kN/m2被动土压力最大压强：pp土=γ浮Htg2（45°++2ctg（45°+=9×（13.5-1）×tg2（45°+10/2）+2×34×tg（45°+10/2）=240.8kN/m2其中2c×=81kN/m2被动水压力最大压强：pp水=γ水H=10×（13.5-1）=125kN/m2应力叠加后，土压力零点高程hx=-1.0m开挖处开挖面以上主动应力值为40.0kN/m2开挖处开挖面以下被动应力值为41kN/m2第16页 钢板桩桩底被动土应力值为172.3kN/m2计算简图如下：开挖面以上主动压力Ea上=80KN/m，对应的高程为：+0.33m开挖面以下被动压力Ep=1333.1KN/m，对应的高程为：-8.5m可以看出被动力矩远大于主动力矩，满足要求。在土压力零点以上，由所有力值相对于土压力零点力矩平衡，求得顶支撑需要提供的支撑力为：R2.5=30.4KN/m设剪力零点高程为hx，求得：hx=0.53m剪力零点高程位置产生最大弯矩Mmax=34.8KN·m按拉森Ⅳ型钢板桩，W=2037cm3Mmax/2.5W=6.8MPa＜[б]=200MPa，钢板桩抗弯满足要求。（2）R0.0支撑完成后，干挖至-3.0m高程位置，准备进行R-2.3支撑时受力验算第16页 主动土最大压力强度：pa土=28.5kN/m2其中2c×=57.1kN/m2主动土压力临界高程hx=-9.0m主动水最大压强pa水=165kN/m2主动水压力在开挖面位置的压强值为：pa水=60kN/m2被动土压力最大压强：pp土=215.3kN/m2其中2c×=81kN/m2被动水压力最大压强：pp水=105kN/m2应力叠加后，土压力零点高程hx=-3.0m开挖处开挖面以上主动应力值为60kN/m2开挖处开挖面以下被动应力值为21kN/m2钢板桩桩底被动土应力值为126.8kN/m2计算简图如下：第16页 水面至开挖面主动压力Ea上=180KN/m，对应的高程为：-1.0m被动压力Ep=776KN/m，对应的高程为：-9.5m根据力矩平衡求得：R+2.5=18.0KN/mR0.0=86.9KN/m压力零点R0=75.2KN/m根据跨径分布大小及主动压力集度，板桩在R0.0～压力零点之间产生最大弯矩。设剪力零点高程为hx，求得hx=-1.58m对应的压应力值为：45.8KN/m2剪力零点产生的最大弯矩为：Mmax=51KN·mMmax/2.5W=10MPa＜[б]=200MPa，钢板桩抗弯满足要求。（3）R-2.3支撑完成后，干挖至-6.3m高程位置，准备进行基坑封底时受力验算第16页 主动土最大压力强度：pa土=28.5kN/m2其中2c×=57.1kN/m2主动土压力临界高程hx=-9.0m主动水最大压强pa水=165kN/m2主动水压力在开挖面位置的压强值为：pa水=93kN/m2被动土压力最大压强：pp土=173.1kN/m2其中2c×=81kN/m2被动水压力最大压强：pp水=72kN/m2应力叠加后，土压力零点高程hx=-7.66m开挖处开挖面以上主动应力值为93kN/m2开挖处开挖面以下主动应力值为12kN/m2钢板桩桩底被动土应力值为51.6kN/m2计算简图如下：第16页 水面至开挖面主动压力：Ea上=432.5KN/m对应的高程为：-3.2m开挖面至压力零点高程主动压力：Ea下=8.16KN/m对应的高程为：-6.75m被动压力Ep=150.7KN/m，对应的高程为：-11.55m根据力矩平衡求得：R2.5=18.0KN/mR0.0=70.2KN/mR-2.3=227.0KN/m压力零点R0=125.5KN/m根据跨径分布大小及主动压力集度，板桩在R-2.3～压力零点之间产生最大弯矩。设剪力零点高程为hx，求得hx=-4.94m对应的压应力值为：79.4KN/m2剪力零点产生的最大弯矩为：Mmax=244.5KN·mMmax/2.5W=48MPa＜[б]=200MPa，钢板桩抗弯满足要求。（4）封底混凝土强度达到规定要求准备进行承台施工时受力验算在该种状态下，灌注桩全部施工完毕。忽略封底砼底面以下主、被动压力影响，仅分析封底砼底面以上主动压力与支撑及封底砼受力平衡进行验算。主动土最大压力强度：第16页 pa土=28.5kN/m2其中2c×=57.1kN/m2主动土压力临界高程hx=-9.0m主动水最大压强pa水=93kN/m2计算简图如下：水面至封底砼底部主动压力Ea=432.5KN/m对应的高程为：-3.2m根据力矩平衡求得：R2.5=18.0KN/mR0.0=70.2KN/mR-2.3=185.2KN/mR砼=159.1KN/m根据工况（3）的计算可知钢板桩抗弯满足要求。2、围囹支撑结构受力验算根据以上计算可得：工况1：R2.5=30.4KN/m第16页 工况2：R2.5=18.0KN/m，R0.0=86.9KN/m工况3：R2.5=18.0KN/m，R0.0=70.2KN/m，R-2.3=227.0KN/m工况4：R2.5=18.0KN/m，R0.0=70.2KN/m，R-2.3=185.2KN/m因三道围囹结构形式相同，因此仅验算工况3时第三道层围囹及支撑受力状况。计算简图如下图所示：TITLE,围囹及支撑验算结点,1,0,0结点,2,3.7,0结点,3,7.4,0结点,4,11.4,0结点,5,14.8,0结点,6,18.8,0结点,7,22.5,0结点,8,26.2,0结点,9,26.2,3.5第16页 结点,10,26.2,6.5结点,11,26.2,10结点,12,22.5,10结点,13,18.8,10结点,14,14.8,10结点,15,11.4,10结点,16,7.4,10结点,17,3.7,10结点,18,0,10结点,19,0,6.5结点,20,0,3.5结点,21,11.4,3.5结点,22,14.8,3.5结点,23,14.8,6.5结点,24,11.4,6.5单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,1单元,7,8,1,1,1,1,1,1第16页 单元,8,9,1,1,1,1,1,1单元,9,10,1,1,1,1,1,1单元,10,11,1,1,1,1,1,1单元,11,12,1,1,1,1,1,1单元,12,13,1,1,1,1,1,1单元,13,14,1,1,1,1,1,1单元,14,15,1,1,1,1,1,1单元,15,16,1,1,1,1,1,1单元,16,17,1,1,1,1,1,1单元,17,18,1,1,1,1,1,1单元,18,19,1,1,1,1,1,1单元,19,20,1,1,1,1,1,1单元,20,1,1,1,1,1,1,1单元,4,21,1,1,0,1,1,1单元,21,24,1,1,1,1,1,1单元,24,15,1,1,1,1,1,0单元,5,22,1,1,0,1,1,1单元,22,23,1,1,1,1,1,1单元,23,14,1,1,1,1,1,0单元,21,22,1,1,0,1,1,0单元,24,23,1,1,0,1,1,0单元,2,20,1,1,0,1,1,0第16页 单元,3,21,1,1,0,1,1,0单元,6,22,1,1,0,1,1,0单元,7,9,1,1,0,1,1,0单元,10,12,1,1,0,1,1,0单元,13,23,1,1,0,1,1,0单元,16,24,1,1,0,1,1,0单元,17,19,1,1,0,1,1,0结点支承,1,3,0,0,0结点支承,8,3,0,0,0单元荷载,1,-3,227,0,1,90单元荷载,2,-3,227,0,1,90单元荷载,3,-3,227,0,1,90单元荷载,4,-3,227,0,1,90单元荷载,5,-3,227,0,1,90单元荷载,6,-3,227,0,1,90单元荷载,7,-3,227,0,1,90单元荷载,8,-3,227,0,1,90单元荷载,9,-3,227,0,1,90单元荷载,10,-3,227,0,1,90单元荷载,11,-3,227,0,1,90单元荷载,12,-3,227,0,1,90单元荷载,13,-3,227,0,1,90第16页 单元荷载,14,-3,227,0,1,90单元荷载,15,-3,227,0,1,90单元荷载,16,-3,227,0,1,90单元荷载,17,-3,227,0,1,90单元荷载,18,-3,227,0,1,90单元荷载,19,-3,227,0,1,90单元荷载,20,-3,227,0,1,90单元材料性质,1,20,,,0,0,-1单元材料性质,21,36,,,0,0,-1END求得：最大弯矩Mmax=351.78kN·m（中间四支斜撑支撑点处围囹）最大剪力τmax=502.88KN（中间四支斜撑支撑点处围囹）最大轴力Nmax=1796.8KN（中间两支横撑）围囹采用双拼HC400bH型钢，支撑钢管为φ630（壁厚20mm）HK400bH型钢截面积A=197.8cm2，截面抵抗矩Wx=2883cm3应力值σ=Mmax/Wx+N/（γA）=89.7Mpa<[σ]＝205Mpaτmax=38.1Mpa＜[τ]=120Mpa对于φ630斜撑钢管（壁厚20mm）截面积A=π（0.3152-0.2952）=0.0383m2截面回转半径i=√0.632+0.592/4=0.2158m中间斜向钢管支撑计算长度取9.2m，第16页 则长细比λ＝9.2/0.2158=43稳定系数φ=0.887则有：=52.9MPa[f]=205MPa支撑强度、稳定性满足要求四、基坑底部隆起验算基坑底部隆起是由于坑壁土体重力相对于坑底至板桩根部的转动力矩Mov大于坑底至板桩根部的圆弧面土的剪切力矩Mr。Mov=G·x/2,Mr=π·τf·x2则安全系数K=Mr/Mov=2.46＞1.2基坑底安全五、基坑底管涌验算基坑开挖到底后，由于内外水头差，极有可能出现管涌现象。抗管涌安全系数为K，不发生管涌的条件为：k第16页 k=式中字母含义γ浮：土的浮重度h＇：水位到基坑底的距离γ水：地下水的重度t：板桩的入土深度（桩底到基坑的距离）不考虑封底混凝土的影响，各字母数值如下：γ浮=9.0kN/m3,h＇=9.3m,γ水=10kN/m3,t=7.2m则k=9×（9.3+2×7.2）/（9.3×10）=1.6抗管涌方面满足安全要求。第16页'