鋼板樁計(jì)算書鋼平臺(tái)

浙江省甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線-溫州靈昆至閣巷工程第3合同段鋼板樁圍堰（鋼平臺(tái)）計(jì)算書計(jì)算： 復(fù)核： 審核：

中交第二公路工程局有限公司甬臺(tái)溫高速?gòu)?fù)線靈昆-閣巷段第3標(biāo)段項(xiàng)目部二0一六年十一月歐飛1號(hào)高架橋鋼平臺(tái)鋼平臺(tái)鋼板樁圍堰計(jì)算書一、工程簡(jiǎn)介甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線-靈昆至閣巷工程第3合同段歐飛1號(hào)高架橋，里程范圍為K287+075?K291+125全長(zhǎng)約4050ml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14.82X1.90X1.5m,14.82X1.80x1.5m,系梁最低頂標(biāo)高為-3.9m,底標(biāo)高為-5.4m,四面臨水?？紤]架設(shè)鋼平臺(tái)，在鋼平臺(tái)上利用履帶吊加振動(dòng)錘，打入拉森鋼板樁樁進(jìn)行圍堰支撐。拉森樁打設(shè)完成后，進(jìn)行圍堰內(nèi)沖泥挖土，破除樁頭、進(jìn)行系梁立柱施工，詳細(xì)布置見(jiàn)下圖：二、計(jì)算依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)《簡(jiǎn)明深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》《建筑樁基礎(chǔ)規(guī)范》(JGJ94-2008)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTGD62-2004)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州靈昆至閣巷段工程第 3合同《兩階段施工圖設(shè)計(jì)》(第二冊(cè))甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州靈昆至閣巷段工程第 3合同《施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告》；三、結(jié)構(gòu)概況系梁圍堰選用拉森SP-IV型鋼板樁施工，并根據(jù)墩位處實(shí)際地質(zhì)情況、鋼板樁受力情況及作業(yè)條件選定鋼板樁長(zhǎng)度20m設(shè)計(jì)選取最低系梁頂標(biāo)高計(jì)算模型，插打時(shí)鋼板樁頂標(biāo)高為+2.8m,底標(biāo)高為-17.2mo詳見(jiàn)下圖：四、鋼板樁截面特性拉森鋼板樁參數(shù)表型號(hào)尺寸每塊鋼板樁壁寬每米

有效幅寬wmm有效高度hmm厚度tmm截面積2cm截面二次力矩4cm截面系數(shù)3cm單位凈重Kg/m截面積cm2/m截面二次力矩cmi7m截面系數(shù)cm37m單位凈重Kg/cm2FSP-n40010010.5610153.08740874120FSP-m40012513.076.42222022360.0191.0168001340150FSP-IV40017015.596.99467036276.1242.5386002270190FSP-50020024.3133.807960520105.0267.6630003150210五、地質(zhì)情況根據(jù)巖土工程勘察(詳勘)報(bào)告成果，查地質(zhì)柱狀圖，參考ZK101(k290+826.3)地質(zhì)情況，從上到下依次為:序號(hào)分層代號(hào)巖土名稱內(nèi)摩擦角C)黏聚力(kPa)重度_ 3(KN/m)層頂標(biāo)高層底標(biāo)高層厚(m)1②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土4.58.017.8-1.7-2.20.52②2粉質(zhì)黏土10.612.017.5-2.2-4.72.53②2淤泥質(zhì)黏土16.012.018.4-4.7-7.22.54②2淤泥質(zhì)黏土3.07.016.7-7.2-9.22.05②3淤泥質(zhì)黏土2.26.016.7-9.2-12.23.0綜合近似計(jì)算參數(shù)7.79.117.3為簡(jiǎn)化計(jì)算，將各土層內(nèi)摩擦角、黏聚力、重度按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均。將內(nèi)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(jì)算方法由于鋼板樁圍堰的入土深度較大，土體對(duì)入土部分的圍堰起到了嵌固作用，此時(shí)圍堰上端受到內(nèi)撐的支撐作用，下端受到土體的嵌固支承作用。等值梁法計(jì)算鋼板樁圍堰為簡(jiǎn)化計(jì)算，用土壓力等于零點(diǎn)的位置來(lái)代替正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。 計(jì)算土壓力強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動(dòng)土壓力分別乘以修正系數(shù)(為安全起見(jiàn)，對(duì)主動(dòng)土壓力則不予折減)，鋼板樁被動(dòng)土壓力修正系數(shù)如下表：主、被動(dòng)土壓力系數(shù)及被動(dòng)土壓力修正系數(shù)土層名稱KaKp被動(dòng)土壓力修正系數(shù)K淤泥質(zhì)粘土0.760.871.311.141.6確定內(nèi)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(qiáng)度，可使鋼板樁材料用量最省。根據(jù)工程實(shí)際情況，鋼板樁采用拉森IV型鋼板樁，厚15.5mm拉森鋼板樁樁長(zhǎng)L=20m其基本參數(shù):2 3 4A=242.5cm,w=2270cm,I=38600cm，允許應(yīng)力 210MPa,125MPa。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：36[f]w36[f]wh=rka62101052270317.31030.76=280cmh1=1.11h=1.11*2.8=3.08mh2=0.88h=0.88*2.8=2.46mh3=0.77h=0.77*2.8=2.16m結(jié)合實(shí)際施工情況，支撐設(shè)計(jì)見(jiàn)鋼板樁圍堰布置圖。本文計(jì)算作出如下假設(shè)：(1)假設(shè)計(jì)算時(shí)取1m寬單位寬度鋼板樁。(2)因土處于飽和水狀態(tài)，為簡(jiǎn)化計(jì)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(shè)置為較接，故等值梁相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)支梁，方便計(jì)算。(4)假設(shè)鋼板樁在圭^底碎面以下1m處固結(jié)。(5)本工程土壓力計(jì)算采用不考慮水滲流效應(yīng)的水土合算法，即在計(jì)算土壓力時(shí)將水位以下的土體重度取為飽和重度，水壓力的計(jì)算不在單獨(dú)計(jì)算后疊加。七、施工步驟(1)在靠近系梁側(cè)定位樁上焊接牛腿，安裝插打?qū)蚣埽?2)插打鋼板樁至合攏；(3)圍堰內(nèi)抽水至1.3m,在標(biāo)高+1.75m處安裝第一道內(nèi)支撐；(4)圍堰內(nèi)抽水至-1.45m,在標(biāo)高-1.0m處安裝第二道內(nèi)支撐；(4)圍堰內(nèi)抽水吸泥至-3.75m,在標(biāo)高-3.3m處安裝第三道內(nèi)支撐；(5)吸泥并澆筑封底碎；(6)待碎達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，鑿樁頭，施工系梁；八、各施工工況及內(nèi)力計(jì)算8.1工況分析圍堰施工時(shí)，按上層支架已經(jīng)安裝，并抽水或者(吸泥)至待安裝支撐底標(biāo)高下45cm處，計(jì)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(nèi)力。根據(jù)施工工序，分為3個(gè)工況。工況一：第一道支撐安裝好以后，抽水至-1.45m標(biāo)高時(shí)。工況二：第二道支撐安裝好以后，抽水吸泥至-3.75m標(biāo)高時(shí)。工況三：第三道支撐安裝好以后，吸泥至-6.4m標(biāo)高時(shí)。工況圖示如下：8.2鋼板樁驗(yàn)算工況1:第一道內(nèi)支撐安裝后，抽水至-1.45時(shí)，第一層內(nèi)支撐受力處于最不利狀態(tài)。(1)計(jì)算反彎點(diǎn)位置。假設(shè)計(jì)算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動(dòng)土壓力強(qiáng)度等于被動(dòng)土壓力強(qiáng)度,即PpPa：主動(dòng)土壓力：Pa w 3.75 Ka Kay被動(dòng)土壓力：Pp w 0.25 Kp KKpy103.750.76100.251.31y =1.09m17.3(1.61.310.76)所以，梁的計(jì)算長(zhǎng)度取值為{2.8-(-1.7)}+1.09=5.59m作用在鋼板樁處的主動(dòng)土壓力和靜水壓力：Pa(-1.7) wh103.7537.5kN/m2(河水底面)2Pa(1,7)w3.75Kaw0.25Kp103.750.76100.251.3125.2kN/m2(河床下土層頂部)(2)計(jì)算結(jié)果計(jì)算模型：

工況11m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況11m寬度范圍鋼板樁彎矩圖Mmax=67.35KN.m工況11m寬度范圍鋼板樁剪力圖Qmax=54.23(kN)由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為 67.35kN.m,作用于第一道內(nèi)支撐的反力為45.89kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm容許應(yīng)力210MPa工況2:第二道內(nèi)支撐安裝后，水下吸泥、清淤至-3.75m。假設(shè)計(jì)算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動(dòng)土壓力強(qiáng)度等于被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，即 PpPa：主動(dòng)土壓力： Pa w4.0Ka Ka(2.05y)被動(dòng)土壓力： Pp KKpypp=2.48m17.30.762.05104.00.76=2.48m17.3(1.61.310.76)所以，梁的計(jì)算長(zhǎng)度取值為2.8-(-3.75)+2.48=9.03m所以，梁的計(jì)算長(zhǎng)度取值為2.8-(-3.75)+2.48=9.03m作用在鋼板樁處的主動(dòng)土壓力和靜水壓力:Pa(1,7)wh10440kN/m2(河水底面)Pa(1,7)whka1040.7630.4kN/m2(河床下土層頂部)(2)計(jì)算結(jié)果計(jì)算模型：工況21m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況21m寬度范圍鋼板樁彎矩圖Mmax=-99.25KN.m工況21m寬度范圍鋼板樁剪力圖Qmax=192.53(kN)由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為-99.25kN.m,作用于第一道內(nèi)支撐的反力為-14.31kN,作用于第二道內(nèi)支撐的反力為192.53kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm容許應(yīng)力210MPa工況3:第三道內(nèi)支撐安裝后，水下吸泥、清淤至-6.4m0假設(shè)計(jì)算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動(dòng)土壓力強(qiáng)度等于被動(dòng)土壓力強(qiáng)度，即 PpPa：pa主動(dòng)土壓力： Pa w4.0 Ka Ka(4.7 y)被動(dòng)土壓力： Pp w2.65 KpKKpy

Ka4.7aKa4.7ay w4.0Kaw2.65Kp(KKpKa)17.30.764,7104.00,76102.651.31oy =2.49m17.3(1.61.310.76)所以，梁的計(jì)算長(zhǎng)度取值為2.8-(-6.4)+2.49=11.69m作用在鋼板樁處的主動(dòng)土壓力和靜水壓力：Pa(1.7) wh10440kN/m2(河水底面)Pa(1.7) whka1040.7630.4kN/m2(河床下土層頂部)(3)計(jì)算結(jié)果計(jì)算模型：工況31m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況31m寬度范圍鋼板樁彎矩圖Mmax=-156.37KN.m工況31m寬度范圍鋼板樁剪力圖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(nèi)支撐的反力為26.81kN,作用于第二道內(nèi)支撐的反力為 -4.01kN,作用于第三道內(nèi)支撐的反力為305.73kNoSP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm容許應(yīng)力210MPa鋼板樁內(nèi)力、應(yīng)力及內(nèi)支撐支撐反力表計(jì)算工況鋼板樁穹'曲應(yīng)力(MPa)鋼板樁剪應(yīng)力(MPa)鋼板樁最大彎矩(kN-M)第一道內(nèi)支撐反力(kN)第二道內(nèi)支撐反力(kN)第三道內(nèi)支撐反力(kN)工況一29.672.2467.3545.89--工況二43.77.94-99.25-14.31192.53-工況三68.8912.61-156.3726.81-4.01305.73鋼板樁應(yīng)力滿足規(guī)范要求。8.3拉森鋼板樁的最小入土深度計(jì)算設(shè)拉森鋼板樁的最小入土深度為t,則t=y+x。x可根據(jù)Ro和墻前被動(dòng)土壓力對(duì)板樁底端的力矩相等求得，即拉森鋼板樁實(shí)際入土深度為t0(1.1~1.2)t,取3=1.2t因此拉森鋼板樁的長(zhǎng)度L=2.8-(-6.4)+10.97=19.37,施工時(shí)選取拉森鋼板樁的長(zhǎng)度取20ml圍囹計(jì)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(jié)構(gòu)類型一樣，材質(zhì)型號(hào)一樣，故只驗(yàn)算第三道內(nèi)圍囹。利用MidasCivil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(shè)置豎向約束。將圈梁及內(nèi)支撐看做四角加有固定較支座的整體平面剛架結(jié)構(gòu)。第三道圍囹空間有限元模型圈梁組合彎矩圖Mmax=348.8KN.m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(yīng)力圖(Tmax=74.0MPa210MPa,滿足要求。圈梁剪應(yīng)力圖ma=49.5MPa 125MPa,滿足要求。斜撐、平撐組合彎矩圖Mmax=8.2KN.m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(yīng)力圖(Tmax=98.8MPa210MPa,滿足要求。斜撐、平撐剪應(yīng)力圖 max=0.1MPa125MPa,滿足要求。8.3.3結(jié)論第一、二、三道內(nèi)撐圈梁和支撐的應(yīng)力、強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足要求。封底碎厚度計(jì)算封底碎采用C25,施工厚度為1日圍堰尺寸：15.2mx5.6m,3個(gè)樁直徑1.8m,基底凈面積77.49m2。

C25混凝土設(shè)計(jì)值ftd=1.27MPa考慮為施工階段混凝土的允許彎拉應(yīng)力取 1.5倍安全系數(shù)，則[(r]=0.85(MPa),鋼與混凝土粘結(jié)力：一般取100-200kN/m2,這里取120kN/m2;混凝土容重：23kN/m;封底混凝土所受浮力：抗浮力：封底混凝土自重G23177.49 1782.27KN混凝土與鋼板樁之間摩擦力鋼板樁內(nèi)周長(zhǎng)l(15.25.6)21.68970.26m(每延米拉森樁，與碎接觸面長(zhǎng)度1.689m)樁基與封底混凝土摩阻力F1201 1.832035.75KN1.851.05滿足要求。1.851.05滿足要求。6606.80主墩承臺(tái)鋼板樁圍堰基坑底的封底碎厚度不僅需要滿足圍堰抗浮穩(wěn)定要求 ，還需滿足素碎的強(qiáng)度要求，水下封底采用C25碎。封底碎厚度計(jì)算(根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》廣水下封底砂承受的荷載應(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(jì)算值。由于水下封底混凝土質(zhì)量較普通混凝土差，并與各樁基連成一個(gè)整體，應(yīng)按簡(jiǎn)支支承的雙向板計(jì)算，承受均布荷載時(shí)，跨中彎矩M、M可按下式計(jì)算：式中a「a2—彎矩系數(shù)，查《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中雙向板在均布荷載作用下內(nèi)力系數(shù)表；p-地下水頭浮力減去封底混凝土的重力形成的荷載 (KN/m2)1i-矩形板的計(jì)算跨度(取最小跨)(m)。取兩根樁基中間3.7mX5.6m板計(jì)算。1i3.7——0.66l256 查表得，a1=0.0737,a2=0.0276。

才兩足要求?；拥淄量孤∑痱?yàn)算在工況三下圍堰內(nèi)清淤至-6.4m時(shí)，須驗(yàn)算坑底的承載力，如承載力不足，將導(dǎo)致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起計(jì)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(zhǔn)面， 承載力安全系數(shù)的驗(yàn)算公式如下：式中N、NC---按Prandtl公式時(shí)，tantan2(45° /2)Nqe' , Nc(Nq1)/tan；c---土的粘聚力(kPa);小---土的內(nèi)摩擦角(°);丫---土的重度(kN/m3); t--- 支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度(m);h---基坑開挖深度(m); q---地面荷載(kPa)?；卓孤∑鹩?jì)算模式簡(jiǎn)圖對(duì)于工況三進(jìn)行驗(yàn)算，丫、旌c按鋼板樁入土深度范圍內(nèi)的值計(jì)算：— , ? . 2，，L° ，/、則：Nq tan2(45-)etan1.22Nqe( /2)1.74M(Nq1)/tan=