鋼板樁計算書鋼平臺

1、浙江省甬臺溫高速公路復線-溫州靈昆至閣巷工程第3合同段鋼板樁圍堰（鋼平臺）計算書計算： _復核： _審核： _中交第二公路工程局有限公司甬臺溫高速復線靈昆-閣巷段第3標段項目部二一六年十一月目 錄一、工程簡介1二、計算依據1三、結構概況2四、鋼板樁截面特性4五、地質情況4六、計算方法46.2確定內支撐層數(shù)及間距56.3本文計算作出如下假設：5七、施工步驟6八、各施工工況及內力計算68.1工況分析68.2鋼板樁驗算88.3拉森鋼板樁的最小入土深度計算158.3圍囹計算158.4封底砼厚度計算22圍堰整體抗浮驗算22封底砼強度驗算228.5基坑底土抗隆起驗算238.6基坑底管涌驗算248.7鋼板樁

2、圍堰驗算結論25歐飛1號高架橋鋼平臺鋼平臺鋼板樁圍堰計算書一、工程簡介甬臺溫高速公路復線-靈昆至閣巷工程第3合同段歐飛1號高架橋，里程范圍為K287075K291+125，全長約4050m。大部分水中墩均需要采用拉森樁圍堰施工系梁,系梁尺寸為14.82×1.90×1.5m，14.82×1.80×1.5m，系梁最低頂標高為-3.9m，底標高為-5.4m，四面臨水?？紤]架設鋼平臺，在鋼平臺上利用履帶吊加振動鍾，打入拉森鋼板樁樁進行圍堰支撐。拉森樁打設完成后，進行圍堰內沖泥挖土，破除樁頭、進行系梁立柱施工，詳細布置見下圖： 二、計算依據鋼結構設計規(guī)范(GB50

3、017-2003)簡明深基坑工程設計施工手冊建筑樁基礎規(guī)范(JGJ94-2008)簡明施工計算手冊公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTG D62-2004)裝配式公路鋼橋多用途使用手冊甬臺溫高速公路復線溫州靈昆至閣巷段工程第3合同兩階段施工圖設計(第二冊)甬臺溫高速公路復線溫州靈昆至閣巷段工程第3合同施工圖設計階段工程地質勘察報告；三、結構概況系梁圍堰選用拉森SP-型鋼板樁施工，并根據墩位處實際地質情況、鋼板樁受力情況及作業(yè)條件選定鋼板樁長度20m。設計選取最低系梁頂標高計算模型，插打時鋼板樁頂標高為+2.8m，底標高為-17.2m。詳

4、見下圖：四、鋼板樁截面特性拉森鋼板樁參數(shù)表型號尺寸每塊鋼板樁壁寬每米有效幅寬w mm有效高度h mm厚度 t mm截面積 cm2截面二次力矩 cm4截面系數(shù)cm3單位凈重Kg/m截面積cm2/m截面二次力矩cm4/m截面系數(shù)cm3/m單位凈重Kg/cm2FSP-40010010.5 61.18 1240 15348.0 153.0 8740 874 120FSP-40012513.0 76.42 2220 22360.0 191.0 16800 1340 150FSP-40017015.5 96.99 4670 36276.1 242.5 38600 2270 190FSP-VL5002002

5、4.3 133.80 7960 520105.0 267.6 63000 3150 210五、地質情況根據巖土工程勘察（詳勘）報告成果，查地質柱狀圖，參考ZK101(k290+826.3)地質情況,從上到下依次為：序號分層代號巖土名稱內摩擦角（°）黏聚力（kPa）重度(KN/m3)層頂標高層底標高層厚(m)12淤泥質粉質黏土4.5 8.0 17.8-1.7-2.20.5 22粉質黏土10.6 12.0 17.5-2.2-4.72.5 32淤泥質黏土16.0 12.0 18.4-4.7-7.22.5 42淤泥質黏土3.0 7.0 16.7-7.2-9.22.0 53淤泥質黏土2.2 6

6、.0 16.7-9.2-12.23.0 綜合近似計算參數(shù)7.7 9.1 17.3 為簡化計算，將各土層內摩擦角、黏聚力、重度按土層厚度進行加權平均。將內摩擦角統(tǒng)一定為7.7，重度統(tǒng)一定為17.3KN/m3, 黏聚力統(tǒng)一定為9.1KPa。六、計算方法由于鋼板樁圍堰的入土深度較大，土體對入土部分的圍堰起到了嵌固作用，此時圍堰上端受到內撐的支撐作用，下端受到土體的嵌固支承作用。6.1等值梁法計算鋼板樁圍堰為簡化計算，用土壓力等于零點的位置來代替正負彎矩轉折點的位置。計算土壓力強度時，應考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(shù)（為安全起見，對主動土壓力則不予折減），鋼板樁

7、被動土壓力修正系數(shù)如下表：主、被動土壓力系數(shù)及被動土壓力修正系數(shù)土層名稱KaKp被動土壓力修正系數(shù)K淤泥質粘土 0.76 0.871.311.141.66.2確定內支撐層數(shù)及間距按等彎距布置確定各層支撐的間距,這種布置是將支撐布置成使板樁各跨度的最大彎距相等，充分發(fā)揮鋼板樁的抗彎強度，可使鋼板樁材料用量最省。根據工程實際情況，鋼板樁采用拉森型鋼板樁，厚15.5mm，拉森鋼板樁樁長L=20m，其基本參數(shù)：A=242.5cm2,w=2270cm3,I=38600cm4,允許應力，。鋼板樁能承受的最大彎距確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度h:h= =280cmh1=1.11h=1.11*2.8=3.08

8、mh2=0.88h=0.88*2.8=2.46mh3=0.77h=0.77*2.8=2.16m結合實際施工情況，支撐設計見鋼板樁圍堰布置圖。6.3本文計算作出如下假設：(1)假設計算時取1m寬單位寬度鋼板樁。(2)因土處于飽和水狀態(tài)，為簡化計算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力（c=0）。(3)彎矩為零的位置約束設置為鉸接，故等值梁相當于一個簡支梁，方便計算。(4)假設鋼板樁在封底砼面以下1m處固結。(5)本工程土壓力計算采用不考慮水滲流效應的水土合算法，即在計算土壓力時將水位以下的土體重度取為飽和重度，水壓力的計算不在單獨計算后疊加。七、施工步驟 (1)在靠近系梁側定位樁上焊接牛腿，安裝插打導向

9、架；(2)插打鋼板樁至合攏；(3)圍堰內抽水至1.3m，在標高+1.75m處安裝第一道內支撐；(4)圍堰內抽水至-1.45m，在標高-1.0m處安裝第二道內支撐；(4)圍堰內抽水吸泥至-3.75m，在標高-3.3m處安裝第三道內支撐；(5)吸泥并澆筑封底砼；(6)待砼達到設計強度后，鑿樁頭，施工系梁；八、各施工工況及內力計算8.1工況分析圍堰施工時，按上層支架已經安裝，并抽水或者（吸泥）至待安裝支撐底標高下45cm處，計算各支撐在各階段可能出現(xiàn)的最大反力和鋼板樁最大內力。根據施工工序，分為3個工況。工況一：第一道支撐安裝好以后，抽水至-1.45m標高時。工況二：第二道支撐安裝好以后，抽水吸泥至

10、-3.75m標高時。工況三：第三道支撐安裝好以后，吸泥至-6.4m標高時。工況圖示如下：8.2鋼板樁驗算工況1：第一道內支撐安裝后，抽水至-1.45時，第一層內支撐受力處于最不利狀態(tài)。（1）計算反彎點位置。假設計算其離基坑底面的距離y，在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度，即： 主動土壓力： 被動土壓力： =1.09m所以，梁的計算長度取值為2.8-（-1.7）+1.09=5.59m作用在鋼板樁處的主動土壓力和靜水壓力：（河水底面）（河床下土層頂部）(2) 計算結果 計算模型：工況1 1m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況1 1m寬度范圍鋼板樁剪力圖 Qmax=54.23(kN)由上圖可知，

11、鋼板樁最大的彎矩為67.35kN.m，作用于第一道內支撐的反力為45.89kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm3 容許應力210MPa。工況2：第二道內支撐安裝后，水下吸泥、清淤至-3.75m。假設計算其離基坑底面的距離y，在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度，即：主動土壓力： 被動土壓力： =2.48m所以，梁的計算長度取值為2.8-（-3.75）+2.48=9.03m作用在鋼板樁處的主動土壓力和靜水壓力：（河水底面）（河床下土層頂部）(2) 計算結果 計算模型：工況2 1m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況2 1m寬度范圍鋼板樁剪力圖 Qmax=192.53(kN)由上圖可知，

12、鋼板樁最大的彎矩為-99.25kN.m，作用于第一道內支撐的反力為-14.31kN,作用于第二道內支撐的反力為192.53kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm3容許應力210MPa。工況3：第三道內支撐安裝后，水下吸泥、清淤至-6.4m。假設計算其離基坑底面的距離y，在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度，即：主動土壓力： 被動土壓力： =2.49m所以，梁的計算長度取值為2.8-（-6.4）+2.49=11.69m作用在鋼板樁處的主動土壓力和靜水壓力：（河水底面）（河床下土層頂部）(3) 計算結果 計算模型：工況3 1m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況3 1m寬度范圍鋼板樁剪力圖

13、 Qmax=305.73(kN)由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為-156.37kN.m，作用于第一道內支撐的反力為26.81kN, 作用于第二道內支撐的反力為-4.01kN,作用于第三道內支撐的反力為305.73kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm3容許應力210MPa。鋼板樁內力、應力及內支撐支撐反力表計算工況鋼板樁彎曲應力(MPa)鋼板樁剪應力(MPa)鋼板樁最大彎矩 (kN·M)第一道內支撐反力(kN)第二道內支撐反力(kN)第三道內支撐反力(kN)工況一29.672.2467.3545.89-工況二43.77.94-99.25-14.31192.53-工況三68.89

14、12.61-156.3726.81-4.01305.73鋼板樁應力滿足規(guī)范要求。8.3拉森鋼板樁的最小入土深度計算 設拉森鋼板樁的最小入土深度為t，則t=y+x。可根據和墻前被動土壓力對板樁底端的力矩相等求得，即 拉森鋼板樁實際入土深度為 ，取t0=1.2t 因此拉森鋼板樁的長度L=2.8-（-6.4）+10.97=19.37,施工時選取拉森鋼板樁的長度取20m。8.3圍囹計算由上表可知，第一道圍囹最大支撐反力為45.89KN，第二道圍囹最大支撐反力為192.53KN，第三道圍囹最大支撐反力為305.73KN.由于支撐結構類型一樣，材質型號一樣，故只驗算第三道內圍囹。利用Midas Civil

15、建立有限元模型，如圖，在鋼板樁與圈梁相交處下方焊接牛腿設置豎向約束。將圈梁及內支撐看做四角加有固定鉸支座的整體平面剛架結構。第三道圍囹空間有限元模型圈梁組合剪力圖Qmax=565.6KN圈梁組合變形位移值fmax=0.002m<L/250=0.015m,滿足要求。圈梁軸力Pmax=294.9KN圈梁組合應力圖max=74.0MPa，滿足要求。圈梁剪應力圖max=49.5MPa，滿足要求。斜撐、平撐組合剪力圖Qmax=0.5KN斜撐、平撐組合變形位移值fmax=0.001m<L/250=0.013m,滿足要求。斜撐、平撐軸力P=1618.8KN斜撐、平撐組合應力圖max=98.8MP

16、a，滿足要求。斜撐、平撐剪應力圖max =0.1MPa，滿足要求。8.3.3結論第一、二、三道內撐圈梁和支撐的應力、強度、穩(wěn)定性滿足要求。8.4封底砼厚度計算8.4.1圍堰整體抗浮驗算封底砼采用C25，施工厚度為1m，圍堰尺寸：15.2m×5.6m，3個樁直徑1.8m,基底凈面積77.49m2。C25混凝土設計值ftd=1.27MPa，考慮為施工階段混凝土的允許彎拉應力取1.5倍安全系數(shù)，則=0.85(MPa)，鋼與混凝土粘結力：一般取100-200kN/m2，這里取120 kN/m2；混凝土容重：23kN/m3；封底混凝土所受浮力:抗浮力:封底混凝土自重混凝土與鋼板樁之間摩擦力鋼板

17、樁內周長(每延米拉森樁，與砼接觸面長度1.689m)樁基與封底混凝土摩阻力滿足要求。8.4.2封底砼強度驗算主墩承臺鋼板樁圍堰基坑底的封底砼厚度不僅需要滿足圍堰抗浮穩(wěn)定要求,還需滿足素砼的強度要求,水下封底采用C25砼。封底砼厚度計算(根據簡明施工計算手冊)：水下封底砼承受的荷載應按施工中最不利的情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰內的水被排干，封底素混凝土將受到可能產生的向上最大水壓力的作用，通常以此荷載(即地下水頭浮力減去封底混凝土的重力)作為計算值。由于水下封底混凝土質量較普通混凝土差，并與各樁基連成一個整體，應按簡支支承的雙向板計算，承受均布荷載時，跨中彎矩M1、M2可按下式計算：式中 、

18、彎矩系數(shù)，查簡明施工計算手冊中雙向板在均布荷載作用下內力系數(shù)表；地下水頭浮力減去封底混凝土的重力形成的荷載(KN/m2)矩形板的計算跨度(取最小跨)(m)。取兩根樁基中間3.7m×5.6m板計算。 查表得，a1=0.0737,a2=0.0276。滿足要求。8.5基坑底土抗隆起驗算在工況三下圍堰內清淤至-6.4m時，須驗算坑底的承載力，如承載力不足，將導致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起計算參照Prandtl（普朗德爾）和Terzaghi（太沙基）的地基承載力公式，并將樁墻底面的平面作為極限承載力的基準面，承載力安全系數(shù)的驗算公式如下：式中Nq、Nc -按Prandtl公式時， ；c-土的粘聚力(k