橋梁主墩基礎(chǔ)施工圍堰鋼板樁計(jì)算書(shū)驗(yàn)算書(shū)

1、新建*標(biāo)*路改橋1#特大橋連續(xù)梁主墩基坑鋼板樁支護(hù)檢算書(shū)*集團(tuán)*工程指揮部附 *路改橋1號(hào)特大橋連續(xù)梁主墩基坑鋼板樁支護(hù)檢算書(shū)一、工程概況*路改橋1號(hào)特大橋?yàn)樘秀y鐵路兩線與*西南環(huán)線兩線并行地段，設(shè)計(jì)為兩座雙線橋并行，兩雙線橋中心線間距17.3m，該橋在鐵路里程為DK25+831.85(公路里程為K782+690)跨越太長(zhǎng)高速公路，橋形設(shè)計(jì)為 48+80+48m連續(xù)梁，80m主跨上跨*高速公路，與公路的交叉角度為63.78。設(shè)計(jì)預(yù)留高速公路凈寬40m（雙向八車(chē)道），預(yù)留凈高5.5m，具體平面位置及立面位置詳見(jiàn)下頁(yè)：*路該橋1號(hào)特大橋與太長(zhǎng)高速公路位置關(guān)系圖。*路改橋1號(hào)特大橋兩并行雙線橋連續(xù)

2、梁主墩分別位于太長(zhǎng)高速公路兩側(cè)，基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，承臺(tái)為雙層承臺(tái)，底層承臺(tái)尺寸為14.5m14.5m，一層承臺(tái)高度為3.5m，二層加臺(tái)高度為2.0m，承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高763.55m，原地面769.70m，太長(zhǎng)高速公路路基填土高度5.0m，中央分隔帶處標(biāo)高774.59m（實(shí)測(cè)標(biāo)高），基坑開(kāi)挖深度為：6.15m（距原地面）。該區(qū)域地質(zhì)情況為地面以下15m內(nèi)基本為粉質(zhì)黏土、黏土，基本水位為-0.7m。基本力學(xué)參數(shù)為：土壤粘聚力C=9-68KPa，內(nèi)摩擦角=1.0-32.8，容重=20KN/m3。地層情況較復(fù)雜，原地面以下15m范圍內(nèi)地質(zhì)情況變化較大。鑒于以上地質(zhì)情況，結(jié)合208國(guó)道特大橋48+80+4

3、8m連續(xù)梁主墩基坑鋼板樁支護(hù)的實(shí)際效果（開(kāi)挖深度8m），為確保高速公路路基及施工安全，*路改橋1號(hào)特大橋主墩承臺(tái)基坑開(kāi)挖采用井點(diǎn)降水配合鋼板樁圍堰支護(hù)方案，為防止打拔鋼板樁時(shí)的震動(dòng)對(duì)公路路基造成影響，沿公路路基坡角打一排0.6m、深12m水泥攪拌樁，起到隔震隔水作用。二、鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)院提供地質(zhì)資料，主墩所處地下水位高（-0.7m），地層土質(zhì)含水量基本飽和，土層內(nèi)摩擦角小，經(jīng)過(guò)反復(fù)考證驗(yàn)算，為確保安全，主墩基坑開(kāi)挖采用鋼板樁支護(hù)的同時(shí)，須采用井點(diǎn)降水對(duì)地層中的地下水進(jìn)行降低，以改良土質(zhì)力學(xué)性質(zhì)，并便于施工。井點(diǎn)降水措施為：二級(jí)井點(diǎn)降水，詳見(jiàn)下圖。根據(jù)我標(biāo)段208國(guó)道特大橋相近地質(zhì)條

4、件基坑井點(diǎn)降水的經(jīng)驗(yàn)和效果，以及已施工完的樁基對(duì)鋼板樁的支撐作用，經(jīng)過(guò)以上井點(diǎn)降水后，其地層的力學(xué)參數(shù)可選定為：基坑外側(cè)：土壤粘聚力C=45KPa，內(nèi)摩擦角=10，容重=20KN/m3?；觾?nèi)側(cè)：土壤粘聚力C=45KPa，內(nèi)摩擦角=25，容重=20KN/m3。鋼板樁平面尺寸為16.8m16.8m，每邊凈空1.15m滿足施工要求。采用進(jìn)口拉森IV鋼板樁，長(zhǎng)為13m，鋼板樁頂面與原地面齊平，板樁入土深度為6.55m，單個(gè)基坑共計(jì)用普樁164片，角樁4片。內(nèi)設(shè)二道內(nèi)支撐與一道臨時(shí)支撐。拉森鋼板樁截面參數(shù)截面類(lèi)型截面尺寸單根參數(shù)每米墻面參數(shù)寬高厚截面積A理論重量G慣性矩IX截面模數(shù)WX截面積A理論重量

5、G慣性矩IX截面模數(shù)WXmmmmmmcm2kg/mm4m3cm2/mkg/m2cm4/mcm3/mSP-IV40017015.596.976.14670362242190386002270三、基本數(shù)據(jù)（一）、檢算依據(jù)1、簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè) 建筑工業(yè)出版社2、工程師手冊(cè)橋梁 建筑工業(yè)出版社3、鋼結(jié)構(gòu) 武漢工業(yè)大學(xué)出版社 4、材料力學(xué) 高等教育出版社5、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)（二）、材料表名稱型號(hào)單位數(shù)量（m）質(zhì)量(kg/m)質(zhì)量(t)備 注鋼板樁SP-IVm218476.1166.2包括角樁工字鋼I25am15638.15.944工字鋼I32am201.652.710.624工字鋼I40am31267.6

6、21.091工字鋼I50am403.293.437.659合 計(jì)鋼板樁：155.244t，工字鋼：75.318t（三）土層性質(zhì)基坑外側(cè)：土壤粘聚力C=45KPa，內(nèi)摩擦角=10，容重=20KN/m3?；觾?nèi)側(cè)：土壤粘聚力C=45KPa，內(nèi)摩擦角=25，容重=20KN/m3。（四）外部荷載由于考慮了太長(zhǎng)高速公路5m高路基傳遞的全部壓力，并未折減，高速公路上的車(chē)輛等的外部荷載就不再考慮。（五）荷載計(jì)算1、計(jì)算參數(shù)基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力系數(shù)（取=10）：ka=tg2(45o/2)=0.70基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力系數(shù)（取=25）：kP=tg2 (45o+/2)=2.462、承臺(tái)底主動(dòng)土最大壓強(qiáng)（混凝土墊層底）

7、：emax=ka（H+h）=200.70（5.0+6.45）=160.3 kpa 四、鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)（一）鋼板樁及支撐的布置和計(jì)算為了充分發(fā)揮鋼板樁的抗彎強(qiáng)度，使鋼板樁材料用量最經(jīng)濟(jì)，采用等彎矩法布置內(nèi)支撐。這種布置是將支撐布置為使鋼板樁各跨度的最大彎矩相等，且等于板樁的允許抵抗彎矩，以便充分發(fā)揮板樁的抗彎強(qiáng)度。其計(jì)算步驟如下：1、施工中采用的拉森IV型鋼板樁參數(shù)： 截面模量： Wz2270cm3 抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值： f=200 MPa2、鋼板樁可承受最大彎矩：Mmax = WZf= 227010-6200106= 454 KNm3、根據(jù)鋼板樁可承受的最大抵抗彎矩計(jì)算鋼板樁懸臂部分的最大允許跨度

8、由： Mmax =kah3/6 得： h=6Mmax/（ka） 1/3=6454103/（201030.70） 1/3=5.79 m4、彎矩法布置內(nèi)支撐，則有：h1=1.1h=6.37m h2=0.88h=5.10m h3=0.77h=4.46m 基坑計(jì)算深度為5.0+6.15+0.3=11.45m。根據(jù)施工實(shí)際需要，布置2層內(nèi)支撐和1層臨時(shí)支撐，如“鋼板樁圍堰立面圖”所示。 （二）采有盾恩近似法計(jì)算鋼板樁入土深度及內(nèi)支撐反力計(jì)算（過(guò)程驗(yàn)算）1、第一道內(nèi)支撐安裝后，開(kāi)挖至第二道支撐以下0.5m時(shí)的受力驗(yàn)算（1）繪出鋼板樁上土壓力分布圖，經(jīng)簡(jiǎn)化后土壓力分布圖如下圖所示。（2）假定作用在鋼板樁FC

9、段上的荷載FHEC，一半傳給了F點(diǎn)上，另一半由坑底被動(dòng)土壓力BDC承受，由圖所示幾何關(guān)系可得：0.5Ka7.85(2.5+X)=0.5(Kp-Ka)X2(2.46-0.7) X2-7.850.7X-7.850.72.5=01.76X2-5.495X-13.7375=0求得X=4.76m實(shí)際打入施工時(shí)，鋼板樁的入土深度為10.15m，滿足最小入土深度要求。（3）坑底被動(dòng)土壓力的合力P的作用點(diǎn)，在離坑底2/3X處的M點(diǎn)，假定M點(diǎn)即為鋼板樁入土部分的固定點(diǎn)，所以板樁最下面一跨度為：FM=2.5+2/34.76=5.67m（4）假定F、M兩點(diǎn)皆為固定端，受均布力P=109.9KPa，則可近似地按兩端固

10、定計(jì)算F點(diǎn)的彎矩：M=297KN.m，小于鋼板樁可承受的最大彎矩454 KNm。鋼板樁滿足受力要求。（5）計(jì)算內(nèi)支撐反力按照“支撐的等彎矩布置圖”，計(jì)算橫梁所承受的均布水平荷載Pn。即假定橫梁承受相鄰兩跨各半跨上的土壓力。P1=0.5*0.7*20*(5.35+5.67/2)2-0.5*0.7*20*52=469-175 =294 KN/m2、第二道內(nèi)支撐安裝后，開(kāi)挖第三層臨時(shí)支撐以下0.5m時(shí)的受力驗(yàn)算（1）繪出鋼板樁上土壓力分布圖，經(jīng)簡(jiǎn)化后土壓力分布圖如下圖所示。（2）假定作用在鋼板樁FC段上的荷載FHEC，一半傳給了F點(diǎn)上，另一半由坑底被動(dòng)土壓力BDC承受，由圖所示幾何關(guān)系可得：0.5K

11、a9.85(2.5+X)=0.5(Kp-Ka)X2(2.46-0.7) X2-9.850.7X-9.850.72.5=01.76X2-6.895X-17.2375=0求得X=5.65m實(shí)際打入施工時(shí)，鋼板樁的入土深度為8.15m，滿足最小入土深度要求。（3）坑底被動(dòng)土壓力的合力P的作用點(diǎn)，在離坑底2/3X處的M點(diǎn)，假定M點(diǎn)即為鋼板樁入土部分的固定點(diǎn)，所以板樁最下面一跨度為：FM=2.5+2/35.65=6.27m（4）假定F、M兩點(diǎn)皆為固定端，受均布力P=137.9KPa，則可近似地按兩端固定計(jì)算F點(diǎn)的彎矩：M=455KN.m，取最大彎矩折減系數(shù)0.85，則0.8M=0.85455=387 K

12、N.m，小于鋼板樁可承受的最大彎矩454 KNm，鋼板樁滿足受力要求。（5）計(jì)算內(nèi)支撐反力按照“支撐的等彎矩布置圖”，計(jì)算橫梁所承受的均布水平荷載Pn。即假定橫梁承受相鄰兩跨各半跨上的土壓力。P1=0.5*0.7*20*6.352-0.5*0.7*20*52 =282-175 =107 KN/mP2=0.5*0.7*20*(5.35+2+6.27/2)2- 0.5*0.7*20*(5.35+2/2)2=770-282 =488 KN/m3、臨時(shí)支撐安裝以后開(kāi)挖至承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下0.3m時(shí)的受力驗(yàn)算（1）繪出鋼板樁上土壓力分布圖，經(jīng)簡(jiǎn)化后土壓力分布圖如下圖所示。（2）假定作用在鋼板樁FC段上的

13、荷載FHEC，一半傳給了F點(diǎn)上，另一半由坑底被動(dòng)土壓力BDC承受，由圖所示幾何關(guān)系可得：0.5Ka11.45(2.1+X)=0.5(Kp-Ka)X2(2.46-0.7) X2-11.450.7X-11.450.72.1=01.76X2-8.015X-16.8315=0求得X=6.12m實(shí)際打入施工時(shí)，鋼板樁的入土深度為6.55m，滿足最小入土深度要求。（3）坑底被動(dòng)土壓力的合力P的作用點(diǎn)，在離坑底2/3X處的M點(diǎn)，假定M點(diǎn)即為鋼板樁入土部分的固定點(diǎn)，所以板樁最下面一跨度為：FM=2.1+2/36.12=6.18m（4）假定F、M兩點(diǎn)皆為固定端，受均布力P=160.3KPa，則可近似地按兩端固定

14、計(jì)算F點(diǎn)的彎矩：M=513KN.m，取最大彎矩折減系數(shù)0.85，則0.8M=0.85513=436 KN.m，小于鋼板樁可承受的最大彎矩454 KNm，鋼板樁滿足受力要求。（5）計(jì)算內(nèi)支撐反力按照“支撐的等彎矩布置圖”，計(jì)算橫梁所承受的均布水平荷載Pn。即假定橫梁承受相鄰兩跨各半跨上的土壓力。P1=0.5*0.7*20*6.352-0.5*0.7*20*52 =282-175 =107 KN/mP2=0.5*0.7*20*(5.35+2+2/2)2- 0.5*0.7*20*6.352 =488-282 =206KN/mP3=0.5*0.7*20*(5.35+2+2+6.18/2)2- 0.5*

15、0.7*20*(5.35+2+2/2)2 =1083-488 =595 KN/m4、混凝土墊層作為剛性支撐，拆除臨時(shí)支撐后受力檢算：（1）繪出鋼板樁上土壓力分布圖，經(jīng)簡(jiǎn)化后土壓力分布圖如下圖所示。（2）混凝土墊層作為剛性支撐，鋼板樁入土深度不再作驗(yàn)算，在該受力狀態(tài)下驗(yàn)算第二層內(nèi)支撐受力及混凝土受力。按照“支撐的等彎矩布置圖”，計(jì)算橫梁所承受的均布水平荷載Pn。即假定橫梁承受相鄰兩跨各半跨上的土壓力。P1=107 KN/mP2=0.5*0.7*20*(5.35+2+4.1/2)2- 0.5*0.7*20*(5.35+2/2)2 =619-282=337 KN/mP混=0.5*0.7*20*(5.

16、35+2+4.1)2- 619 =918-619=299 KN/m5、綜上，內(nèi)支撐取值分別為：P1=294 KN/m，P2=488 KN/m，P3=595 KN/m，P混=299 KN/m；（三）基坑底部的抗隆起驗(yàn)算假定在坑壁土重力G作用下，其下部的軟土地基沿圓樁面BC產(chǎn)生滑動(dòng)和破壞，失去穩(wěn)定的地基土繞圓柱面中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩： Mov=Gt2/2=11.45206.552/2=4912 KNm穩(wěn)定力矩： Mr=t2=3.14456.552=6062 KNm抗隆起安全系數(shù)K= Mr /Mov=1.2341.2（滿足抗隆起要求）其中：取=C=45KPa。在該式中，穩(wěn)定力矩未考慮土體與板樁間

17、的摩擦力以及垂直面AB上土的抗剪強(qiáng)度對(duì)土體下滑的阻力和水泥攪拌樁的擋土墻作用，故偏于安全。（四）內(nèi)支撐設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化計(jì)算，內(nèi)支撐邊梁按連續(xù)梁計(jì)算，內(nèi)部支撐桿件為抗拉壓桿件，具體計(jì)算如下：1、第一層內(nèi)支撐第一層支撐反力P1= 294 KN/m邊梁受力簡(jiǎn)圖如下：（1）邊梁受力檢算：邊梁所受最大彎矩為Mmax=284KNm，最大軸向壓力為Fmax=1004KN，最大剪力為Vmax=535KN。擬采用三肢I(xiàn)32a工字鋼臥放，其Wi=692cm3，A=67cm2。正應(yīng)力為：=Mmax/Wi+Fmax/A=284 KNm /(692 cm33）+1004KN /（67cm23） =136.8+50 =186.

18、8 MPa=205 MPa（正應(yīng)力滿足要求）剪應(yīng)力為：=Vmax/A=535KN/（67cm23）=26.6 MPa=120 MPa（剪應(yīng)力滿足要求）（2）斜撐受力檢算：因各斜桿材料一樣，且受力形式一樣，這里選取軸力最大的支撐進(jìn)行檢算。擬采用雙肢I(xiàn)25a工字鋼臥放，其Wi=402cm3，A=48.5cm2。因大小支撐間用型鋼連成桁架式，所以斜撐桿不作長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算。最大軸力：Nmax=1004=1420KN=Nmax/A=1420KN /（48.5cm22） =146.4MPa=205 MPa（正應(yīng)力滿足要求）結(jié)論：第一層內(nèi)支撐邊梁采用三肢I(xiàn)32a工字鋼臥放、斜撐采用雙肢I(xiàn)25a工字鋼臥放，可滿足

19、受力要求。第一層內(nèi)支撐邊梁利用208國(guó)道特大橋主墩鋼板樁圍堰第一層內(nèi)支撐邊梁（2I32a），在此基礎(chǔ)上再加一片I32a工字鋼，斜撐直接利用。*路改橋1號(hào)特大橋左線144#主墩距離路基邊坡坡腳較近，從保證公路安全方面考慮，該基坑鋼板樁圍堰第一層內(nèi)支撐直接利用208國(guó)道特大橋主墩鋼板樁圍堰第二層內(nèi)支撐（邊梁采用三肢I(xiàn)40a工字鋼臥放、斜撐采用雙肢I(xiàn)32a工字鋼臥放）。2、第二層內(nèi)支撐第二層支撐反力P2= 488 KN/m邊梁受力簡(jiǎn)圖如下：（1）邊梁受力檢算：邊梁所受最大彎矩為Mmax=472KNm，最大軸向壓力為Fmax=1666KN，最大剪力為Vmax=889KN。擬采用三肢I(xiàn)45b工字鋼臥放，

20、其Wi=1500cm3，A=111.4cm2。正應(yīng)力為：=Mmax/Wi+Fmax/A=472 KNm /(1500cm33）+1666KN /（111.4cm23） =104.9+49.9 =154.8MPa=205 MPa（正應(yīng)力滿足要求）剪應(yīng)力為：=Vmax/A=889KN/（111.4cm23）=26.6 MPa=120 MPa（剪應(yīng)力滿足要求）（2）斜撐受力檢算：因各斜桿材料一樣，且受力形式一樣，這里選取軸力最大的支撐進(jìn)行檢算。擬采用雙肢I(xiàn)40a工字鋼臥放，其Wi=1085cm3，A=86cm2。因大小支撐間用型鋼連成桁架式，所以斜撐桿不作長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算。最大軸力：Nmax=1666=2356KN=Nmax/A=2356KN /（86cm22） =137MPa=205 MPa（正應(yīng)力滿足要求）結(jié)論：第二層內(nèi)支撐邊梁采用三肢I(xiàn)45b工字鋼臥放、斜撐采用雙肢I(xiàn)40a工字鋼臥放，可滿足受力要求。3、第三層內(nèi)支撐第三層支撐反力