某黃河特大橋水中承臺鋼板樁圍堰方案計算書secret

1、水中承臺鋼板樁圍堰方案一、工程概況XXX鐵路東自太原樞紐的榆次站引出，經(jīng)陜西的太原、晉中、呂梁，跨黃河入陜西省榆林市，西進入寧夏自治區(qū)吳忠市，在包蘭鐵路黃羊灣站接軌至中衛(wèi)；同時修建定邊至銀川的聯(lián)絡(luò)線。正線長約752km， 聯(lián)絡(luò)線長約192km。XXX黃河特大橋為全線重點控制工程的兩橋一隧之一。XXX黃河橋中心里程LDK672+962.76，孔跨布置為（2-32m）+（4-24m）+（38-32m）單線簡支T梁+（18-48m）單線簡支箱梁+（13-96m）簡支鋼桁結(jié)合梁+（5-48m）單線簡支箱梁+（4-32m）單線簡支T梁，橋長3942.08m。橋址位于銀川平原中部，橫跨黃河，河面寬約800

2、米，最大水深5.7米,流速2.0米/秒,設(shè)計水位1111.68米, 最高通航水位1111.55米, 測時水位1110.09米；63#墩-70#墩處在河中，其中63#墩、67#墩-70#墩處在河中，64#墩-66#墩處在河中的沖積漫灘上，地層多為巨厚的粉、細(xì)砂層；承臺尺寸均為14.6*14.6*6.5米, 底標(biāo)高均為1099.06米, 每個承臺下設(shè)16根1.5米鉆孔樁,基礎(chǔ)混凝土均為C30,橋址地質(zhì)柱狀圖如下：二、鋼板樁圍堰方案綜述綜合考慮河中水文特點及地質(zhì)情況，從節(jié)約成本出發(fā)，承臺基坑施工擬采用鋼板樁圍堰方案。承臺平面尺寸為14.6m14.6m，鋼圍堰平面尺寸設(shè)計為16.8m16.8m。方案一

3、：采用2根15米寬0.4m的ISP-鋼板樁接長至30m，圍堰完成一般沖刷及局部沖刷后，鋼板樁埋入砂層6米，未滿足鋼板樁固結(jié)所需求的入土深度，圍堰外側(cè)設(shè)30根80010mm、30m長鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。方案二：主要考慮鋼板樁較長無法全部打入砂層中時，采用2根12米鋼板樁接長至24m，圍堰完成一般沖刷及局部沖刷后，河床面至鋼板樁圍堰底，采用拋填袋裝碎石埋沒鋼板樁圍堰，拋填高度為6米，圍堰外側(cè)設(shè)30根80010mm、30m長鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。承臺底至水面鋼板樁長12.49m,為保證抽水后鋼板樁安全，基坑支撐的施工與基坑內(nèi)水位的下降按“先支撐后降水，分層支撐分層降

4、水”的原則進行，結(jié)合實際，共設(shè)五層支撐圍囹，頂層采用2I40a槽鋼制成，其余每層圍囹采用2I45c工字鋼制成，每層圍囹間隔2.5m。每層圍囹內(nèi)側(cè)采用8根60010mm鋼管斜支撐，鋼管長分別為9.5m，4.75m。鋼圍堰及外側(cè)支撐鋼管平面布置圖如下：內(nèi)支撐圍囹平面圖如下：三、方案一情況下鋼板樁圍堰計算1、鋼板樁沖刷計算1.1、一般沖刷計算按公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范（JTG C30-2002）64-2簡化式計算：式中：橋下一般沖刷后的最大水深(m)；頻率為P%的設(shè)計流量（/s）；橋下河槽部分通過的設(shè)計流量（/s），當(dāng)河槽能擴寬至全橋時取用；天然狀態(tài)下河槽部分設(shè)計流量（/s）；天然狀態(tài)下橋下河灘部分

5、設(shè)計流量（/s）；橋長范圍內(nèi)的河槽寬度(m)，當(dāng)河槽能擴寬至全橋時取用橋孔總長度；造床流量下的河槽寬度(m)，對復(fù)式河床可取平攤水位時的河槽寬度；設(shè)計水位下，在寬度范圍內(nèi)，橋墩阻水總面積與過水面積的比值；橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)；河槽最大水深（m）；單寬流量集中系數(shù)，山前變遷、游蕩、寬灘河段當(dāng)1.8時，可采用1.8；造床流量下的河槽平均水深（m），對復(fù)式河床可取平灘水位時河槽平均水深。帶入下表已知數(shù)據(jù)Qp (m3/s)hcmBz(m)Hz(m)Qt1(m3/s)Qc(m3/s)5750.00 5.70 550.00 3.40 706.00 5044.00 Bc(m)Bcg(m)阻水面積(m2)總過

6、水面積(m2)550.00 550.00 0.96 193.8 2875.00 計算得=8.27m1.2、局部沖刷計算按公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范（JTG C30-2002）65-2簡化式計算：當(dāng) 當(dāng) 式中：橋墩局部沖刷深度（m）；墩形系數(shù)；橋墩計算寬度（m）；一般沖刷后的最大水深（m）；河床泥沙平均粒徑（mm）；河床顆粒影響系數(shù)；河床泥沙起動流速（m/s）；墩前泥沙起動流速（m/s）；指數(shù)一般沖刷后墩前行進流速（m/s）式中:河槽平均流速（m/s）；河槽平均水深（m）。代入下表已知數(shù)據(jù)hcmhcB1(m)hp(m)(mm)Vc1.05 5.70 3.40 17 8.27 0.20 2.00 B

7、z(m)Hz(m)Q2(m3/s)Qc(m3/s)Bc(m)Bcg(m)550.00 3.40 5044.00 5044.00 550.00 550.00 0.96計算得=15.02m。2、封底混凝土計算2.1、荷載計算水下封底混凝土承受的荷載應(yīng)按施工中最不利的情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰內(nèi)的水被排干，封底素混凝土將受到可能產(chǎn)生的向上水壓力的作用，現(xiàn)以此荷載（即為水頭高度減去封底混凝土的重量）作為計算值。采用2m厚C25混凝土封底，取1m寬計算，水面至承臺底的高度 h=1111.551099.06=12.49m，混凝土主要受靜水壓力及自重作用。線荷載q =(h+2)1.02421.0=96

8、.9KN/m2.2、材料力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo)2.3、力學(xué)模型2.4、承載力計算采用清華大學(xué)SM Solver 進行結(jié)構(gòu)分析： ，合格；，合格。3、圍堰的抗浮穩(wěn)定性計算圍堰封底后，整個圍堰受到被排水的向上浮力作用，應(yīng)驗算其抗浮系數(shù)K。 K=G/F1式中：G鋼板樁重量（含內(nèi)支撐）+封底混凝土自重+樁基混凝土重量之和+樁基側(cè)摩阻力16根150cm樁基混凝土重量由F，得GF，即K1，則穩(wěn)定性滿足要求。4、鋼板樁計算4.1、鋼板樁入土深度計算鋼板樁頂口未加圍囹及對口支撐時，僅靠入土深度提供的土壓力維持鋼板樁的穩(wěn)定。、 荷載計算 a 、土壓力計算土壓力采用 計算。 主動土壓力系數(shù)，為砂土的內(nèi)摩擦角（）； 被

9、動土壓力系數(shù)，； H土層厚度（m）； 土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1。則土壓力計算分別如下：主動土壓力系數(shù)被動土壓力系數(shù)主動土壓力 被動土壓力 b 、動水壓力計算動水壓力采用計算：K，此處取2.0；H水深（m），此處為23.29m；v流速(m/s)，此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為1m；水的容重（）；g重力加速度（）。1m寬范圍內(nèi)的動水壓力、 入土深度計算取1m寬范圍對B點取矩，令，埋入深度為x米,得帶入荷載解三次方程，經(jīng)試算得：x=7.9m4.2、鋼板樁穩(wěn)定性計算由于水中沖刷太大，鋼板樁不能滿足固結(jié)條件，如鋼板樁再接長，其打設(shè)入土困難，并需對鋼板樁進行截斷處理，

10、其經(jīng)濟上并不可取，對此，在鋼板樁圍堰外側(cè)設(shè)30根80010mm、30m長鋼管樁與圍堰聯(lián)成整體，用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。鋼板樁圍堰處標(biāo)高圖如下：4.2.1.1、荷載計算鋼板樁受力圖示如下：鋼板樁主要受動水壓力P，主動土壓力、，被動土壓力、，摩擦力、，鋼板樁外設(shè)15排30根80010mm鋼管樁，鋼管樁給予的總拉力為F， 要使鋼板樁保持穩(wěn)定，各力對中心線OO求矩，使得，k為安全系數(shù)（），此處取1.8。（1） 動水壓力計算動水壓力采用計算：K，此處取2.0；H水深（m），此處為23.29m；v流速(m/s)，此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為16.8m；水的容重（10）；g重力加速度（1

11、0）。動水壓力（2） 土壓力計算 土壓力按如下公式計算式中：主動土壓力系數(shù)，為砂土的內(nèi)摩擦角（）； 被動土壓力系數(shù)，； H土層厚度（m）； B土層寬度（16.8m）； 土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1。則土壓力計算分別如下：（3） 摩擦力計算 鋼板樁側(cè)與土的接觸面水平投影長度L=（96.99/1.55）（16.8/0.4）=2628cm=26.28m則，（、為土層厚度，為土的極限摩阻力，此處為30kPa。）4.2.1.2、穩(wěn)定性計算對OO求矩得：帶入數(shù)據(jù)得由得：F=758kN4.2.1.3、鋼板樁外鋼管計算鋼板樁外設(shè)15排30根30m長80010mm鋼管樁用于穩(wěn)定圍堰，由于

12、鋼管樁在水中受力較大，為保證鋼管受力穩(wěn)定，需采取使每排兩根鋼管樁形成整體共同受力，具體措施可采用810mm鋼箍套在鋼管樁上，鋼箍橫向采用20a工字鋼焊接牢固，沉入水底，第二道鋼箍上采用2m長7510角鋼焊接成豎撐（保證與第一道鋼箍間隔2m），沉入水中，依次下去，共設(shè)置9道鋼箍套于鋼管樁上，以保證兩根鋼管樁形成整體受力。每排鋼管樁頂承受的水平力=F/15=50.6kN。鋼板樁的沖刷對鋼管樁所處水深產(chǎn)生一定影響，具體影響圖示如下：鋼管樁入水深度（23.29m為鋼板樁入水深度，3m為鋼板樁與鋼管樁的間距。）動水壓力采用計算：K，此處取1.8；h水深（m），此處為18m；v流速(m/s)，此處為2m/

13、s；B阻水寬度（m），此處為0.8m；水的容重（10）；g重力加速度（10）。總動水壓力鋼管樁力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo)如下：A=99224W=00I=力學(xué)模型如下： ，合格；4.2.1.4、鋼管頂支撐計算鋼管頂與鋼板樁之間采用2根20a槽鋼支撐，槽鋼受力N=50.6kN，合格。四、方案二情況下鋼板樁圍堰計算考慮方案一采用30m鋼板樁時，無法打入，因此方案二采用打入24m鋼板樁，由于局部沖刷深度接近24m鋼板樁底，由于水流速度不斷變化，地質(zhì)條件的差異，因此施工過程中需對圍堰沖刷情況進行監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)沖刷較大，應(yīng)及時往水中拋填碎石道喳埋沒鋼板樁圍堰，拋填高度為6米，確保道喳頂面高程為1094.26m,保證

14、鋼板樁外側(cè)有6.21m的入土深度。圍堰外側(cè)設(shè)30根80010mm、30m長鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。鋼板樁標(biāo)高圖如下：1、鋼板樁穩(wěn)定計算1.1、荷載計算鋼板樁受力圖示如下：鋼板樁主要受動水壓力P，主動土壓力、，被動土壓力、，摩擦力、，鋼板樁外設(shè)15排30根80010mm鋼管樁，鋼管樁給予的總拉力為F，（1）、動水壓力計算動水壓力采用計算：K，此處取2.0；H水深（17.29m）；v流速(2m/s)；B阻水寬度（16.8m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。動水壓力（2）、土壓力計算 土壓力按如下公式計算 其中 其中式中：主動土壓力系數(shù)， 被動土壓力系數(shù)，；為砂土的內(nèi)摩擦角（

15、）； H土層厚度（m）； B土層寬度（16.8m）； 土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1。則土壓力計算分別如下：（3）、，摩擦力計算 鋼板樁側(cè)與土的接觸面水平投影長度L=（96.99/1.55）（16.8/0.4）=2628cm=26.28m則，1.2、穩(wěn)定性計算要使鋼板樁保持穩(wěn)定，各力對中心線OO求矩，使得，k為安全系數(shù)（），此處取1.5。對OO求矩得：帶入數(shù)據(jù)得由得：F=160.8kN2、鋼板樁外鋼管計算由于此時鋼管樁受力小于4.2.1.2中受力，可不必進行檢算。五、鋼板樁受力檢算方案一、二中自承臺底至水面鋼板樁長12.49m,為保證抽水后鋼板樁安全，基坑支撐的施工與基坑

16、內(nèi)水位的下降按“先支撐后降水，分層支撐分層降水”的原則進行，結(jié)合實際，共設(shè)五層支撐圍囹，每層間隔2.5m，圍囹采用2I45c工字鋼制成。1、鋼板樁計算1.1、荷載計算取單塊0.4m寬鋼板樁計算，主要受動水壓力、靜水壓力及鋼管拉力。動水壓力產(chǎn)生的線荷載K，此處取2.0；H水深（12.5m）；v流速(2m/s)；B阻水寬度（0.4m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。靜水壓力產(chǎn)生的線荷載 水的容重（10），H水深（12.5m）F=50.6kN1.2、材料力學(xué)性能參數(shù)ISP-型鋼板樁:，1.3、計算模型1.4、承載力檢算采用清華大學(xué)SM Solver 進行結(jié)構(gòu)分析：，合格；，合格；，合格。2、鋼圍囹受力檢算2.1、荷載計算最底層圍囹（受力最大）所在水深H=12.5-2.5=10m，圍囹采用2I45c工字鋼制成，承受2.5m高度范圍內(nèi)的鋼板樁傳遞的動水壓力及靜水壓力。每層圍囹內(nèi)側(cè)采用8根60010mm鋼管斜支撐，鋼管長為9.5m，4.75m。動水壓力K，此處取2.0；H水深（10m）；v流速(2m/s)；B阻水寬度（1m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。