17#墩圍堰計(jì)算書單手算(7.23日)

PAGEXX市南番大道建設(shè)工程海怡大橋17#墩承臺(tái)鋼板樁圍堰施工設(shè)計(jì)計(jì)算:復(fù)核:審核:中鐵大橋局集XX公司技術(shù)發(fā)展中心20__年06月一、設(shè)計(jì)資料:根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)圖，主墩承臺(tái)均在河床線以下，故采用鋼板樁式套箱圍堰；鋼板樁圍堰所在土層為素填土、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土，具體見下表土層層頂標(biāo)高(m)厚度(m)容重γKn/M3內(nèi)摩擦角度粘聚力Kpa主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp修正Kp素填土-2.65.92018.7160.5141.942.91細(xì)砂-52.4202500.4062.44.18粉質(zhì)粘土-13.78.719.522270.4552.23.52施工筑島后，圍堰開挖地面線頂標(biāo)高?。?.0米，十年一遇最高水位線+3.83米，河床線標(biāo)高為-2.6m。承臺(tái)頂標(biāo)高-2.7米，承臺(tái)底標(biāo)高-6.7米，基坑底開挖至-7.2米，鋼板樁頂標(biāo)高為+4.0米，鋼板樁底標(biāo)高為-11.0米。鋼板村圍堰高度為15米。承臺(tái)為圓端型，截面9.8mx15.3m，高為4.0m。承臺(tái)下為6根φ2.5m的鉆孔樁，采用φ2.75m的鋼護(hù)筒。圍堰寬度的確定:為保證承臺(tái)在堰內(nèi)的施工空間，盡量控制圍堰下沉偏差，要求縱橫向位移小于H/50+0.25m(H為圍堰高，0.25m為浮運(yùn)偏差)，傾斜度小于1/50，另外再考慮承臺(tái)立模寬度，本圍堰內(nèi)壁截面設(shè)為12.2mx17.7m，滿足施工空間。二、荷載工況:1、主動(dòng)區(qū)土壓力P及靜水壓力2、被動(dòng)區(qū)土壓力F及靜水壓力3、臨時(shí)荷載(1)考慮一臺(tái)50t履帶吊機(jī)作用，施工吊重10t。根據(jù)《深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》介紹，地面臨時(shí)荷載如是施工機(jī)械反引起的土壓力，由于圍護(hù)樁的整體用用，可按面荷載計(jì)算，其值可為15kN/m2，同時(shí)按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，挖深在2米到10之間時(shí)，其值在20kPa～10kPa之間用直線內(nèi)插法求得，現(xiàn)取

q1=20kPa。(2)17#墩承臺(tái)靠近大堤，根據(jù)項(xiàng)目部提供圖紙顯示，大堤頂面標(biāo)高+5.5m，距離圍堰最近距離為10.6m，根據(jù)《深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》，如地面臨時(shí)荷載與墻后側(cè)有一定距離B1，基坑深度為Z，若，此地面荷載對(duì)圍護(hù)樁無作用力。現(xiàn)基坑Z=10.2m，，故不用考慮大堤土對(duì)圍堰的影響。二、鋼板樁設(shè)計(jì):擬采用拉森Ⅳ型鋼板樁，樁長(zhǎng)15米，截面積，,。工況一:圍堰內(nèi)抽水開挖至+1.0m標(biāo)高處，挖深為2.0米，沒有安裝內(nèi)支撐時(shí)計(jì)算圖示如下:1)、土壓力計(jì)算:(土位于水位線以下，采用浮容重，對(duì)于素填土和粉砂層采用水土分算)由于各土層的容重及內(nèi)摩擦角各不相同，現(xiàn)分別用各自的容重及內(nèi)摩擦角算出每層的單位土壓力及靜水壓力，根據(jù)單位主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力公式:，式中:(土位于水位線以下，采用浮容重，土層位于水位線以上，采用飽和容重)由此計(jì)算出單位主動(dòng)土壓力及靜水壓力:單位被動(dòng)土壓力及靜水壓力:2)、計(jì)算插入深度:令所有外力對(duì)D點(diǎn)取矩，且力矩總和等于零，列方程式:由于P1為負(fù)值，可近似認(rèn)為此處單位主動(dòng)土壓力為0，帶入數(shù)值并整理，解一元三次方程得:樁入土深度為1.525m，現(xiàn)鋼板樁一次性插打到位，開挖2米后，錨固長(zhǎng)度為12.0米，滿足要求。3)、樁身彎矩計(jì)算:設(shè)剪力為零點(diǎn)在C點(diǎn)以下z米處，則該處彎矩為最大。代入數(shù)值:解得。所以，最大變形f=0.4mm(標(biāo)高+3.0m處)鋼板樁應(yīng)力:＜鋼板樁滿足要求。工況二:在標(biāo)高+1.5m處安裝第一道內(nèi)支撐，圍堰內(nèi)抽水開挖至-2.7m標(biāo)高處，挖深為5.7米，計(jì)算圖示如下:1)、土壓力計(jì)算:(土位于水位線以下，采用浮容重，對(duì)于素填土和粉砂層采用水土分算，對(duì)于粘性土采用水土合算)根據(jù)上述方法算出各土層單位主動(dòng)土壓力靜水壓力:單位被動(dòng)土壓力及靜水壓力:2)、計(jì)算插入深度:最小插入深度(2.3+t)對(duì)支撐點(diǎn)R處取矩，合力矩為零，列方程代入數(shù)值，解得:樁入土深度為3.401m，實(shí)際鋼板樁一次性插打到位，開挖5.7米后，樁錨固長(zhǎng)度為8.3m>3.401m，滿足要求3)、支撐反力R1計(jì)算:4)、樁身彎矩計(jì)算:設(shè)剪力為零點(diǎn)在支撐點(diǎn)R1以下z米處，則該處彎矩為最大。解得:z=3.73m最大變形f=2.7cm(標(biāo)高-2.6m處)鋼板樁應(yīng)力:＜鋼板樁強(qiáng)度滿足要求。工況三:在標(biāo)高-2.2m處安裝第二道內(nèi)支撐，抽水開挖至-6.2m標(biāo)高處，挖深共為9.2米，計(jì)算圖示如下:1)、土壓力計(jì)算:(土位于水位線以下，采用浮容重，對(duì)于素填土和粉砂層采用水土分算，對(duì)于粘性土采用水土合算)根據(jù)上述方法算出各土層單位主動(dòng)土壓力靜水壓力:單位被動(dòng)土壓力及靜水壓力:按等值梁法計(jì)算多道支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，假定各支撐均承擔(dān)半跨內(nèi)的主動(dòng)土壓力，則第一道支撐處2)、計(jì)算插入深度:最小插入深度t，根據(jù)上述計(jì)算所有的外力對(duì)第二支撐R2處取矩，列方程式代入數(shù)值，解得:樁入土深度為2.319m，實(shí)際鋼板樁一次性插打到位，開挖9.2米后，樁錨固長(zhǎng)度為4.8m>2.319m，滿足要求3)、支撐反力R及樁身彎矩計(jì)算:按求得的插入深度，計(jì)算各土壓力后，再建模進(jìn)行計(jì)算:支撐反力R1=100.74KN，R2=304.96KN，樁身最大彎矩M=364.52KN-m，最大變形f=8cm(標(biāo)高-8.519m處)鋼板樁應(yīng)力:＜工況四:在標(biāo)高-5.7m處安裝第三道內(nèi)支撐，抽水開挖至-6.2m標(biāo)高處，挖深共為9.2米，計(jì)算圖示如下:1)、土壓力計(jì)算:(土位于水位線以下，采用浮容重，對(duì)于素填土和粉砂層采用水土分算，對(duì)于粘性土采用水土合算)根據(jù)上述方法算出各土層單位主動(dòng)土壓力靜水壓力:單位被動(dòng)土壓力及靜水壓力:按等值梁法計(jì)算多道支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，假定各支撐均承擔(dān)半跨內(nèi)的主動(dòng)土壓力，則第一道支撐處，第二道支撐處R2=277.03KN2)、計(jì)算插入深度:最小插入深度t，根據(jù)上述計(jì)算所有的外力對(duì)第三支撐R3處取矩，列方程式代入數(shù)值，解得:樁入土深度為1.772m，實(shí)際鋼板樁一次性插打到位，開挖10.2米后，樁錨固長(zhǎng)度為3.8m>1.772m，滿足要求3)、支撐反力R及樁身彎矩計(jì)算:按求得的插入深度，計(jì)算各土壓力后，再建模進(jìn)行計(jì)算:支撐反力R1=47.1KN，R2=356.15KN，R3=184.16KN，樁身最大彎矩M=159.3KN-m，最大變形f=18mm(標(biāo)高-8.972m處)鋼板樁應(yīng)力:＜工況五:灌注0.5米封底砼，拆第三道內(nèi)支撐，將封底砼作為一支點(diǎn)計(jì)算圖示如下:1)、土壓力計(jì)算:(土位于水位線以下，采用浮容重，對(duì)于素填土和粉砂層采用水土分算，對(duì)于粘性土采用水土合算)根據(jù)上述方法算出各土層單位主動(dòng)土壓力靜水壓力:2)、支撐反力R及樁身彎矩計(jì)算:計(jì)算各土壓力后，再建模進(jìn)行計(jì)算:支撐反力R1=30.7KN，R2=411.78KN，R3=204.54KN，樁身最大彎矩M=207.3KN-m，最大變形f=6.7mm(標(biāo)高-5m處)鋼板樁應(yīng)力:＜三、內(nèi)支撐計(jì)算:根據(jù)上述計(jì)算，可得第一道內(nèi)支撐的最大荷載:。第二道內(nèi)支撐的最大荷載:。第三道內(nèi)支撐的最大荷載:。sap2000建立支撐桁架的計(jì)算模型，第一道內(nèi)支撐計(jì)算內(nèi)力見下表:桿件編號(hào)1234名稱2工56b2工56b2工32b2工32b彎矩(KN-M)427387————剪力Q(KN)531448————軸力N(KN)10741003563848最大變形(mm)740.81.2穩(wěn)定系數(shù)0.960.970.50.8正應(yīng)力σ(MPa)1261147773抗剪應(yīng)力τ(MPa)3936————第二道內(nèi)支撐計(jì)算內(nèi)力見下表:桿件編號(hào)1234名稱3HN7003HN7002工45b2工45b彎矩(KN-M)989902————剪力Q(KN)12341042————軸力N(KN)2509233113111975最大變形(mm)73.81.62.6穩(wěn)定系數(shù)0.960.970.620.89正應(yīng)力σ(MPa)989196102抗剪應(yīng)力τ(MPa)5648————第三道內(nèi)支撐計(jì)算內(nèi)力見下表:桿件編號(hào)1234名稱2H5882H5882工32b2工32b彎矩(KN-M)485440————剪力Q(KN)605510————軸力N(KN)12311143643968最大變形(mm)4.530.71.5穩(wěn)定系數(shù)0.960.970.50.8正應(yīng)力σ(MPa)100927477抗剪應(yīng)力τ(MPa)5044————其中:四、基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算:坑底流砂驗(yàn)算:圍堰內(nèi)外最大水頭差，由此造成的最短滲流途徑為，安全系數(shù)K=1.5水力梯度則不產(chǎn)生流砂的安全條件為:即，所以不會(huì)產(chǎn)生流砂?？拥茁∑痱?yàn)算:計(jì)算圖示如下:當(dāng)基坑底為軟土?xí)r，應(yīng)驗(yàn)算基坑底土抗隆起穩(wěn)定性，支護(hù)樁，墻端以下土體向上涌起，驗(yàn)算公式為:,式中Nc、Nq——承載力系數(shù)，，C——抗剪強(qiáng)度，——墻體外側(cè)土體重度，均為19.5；t——支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度，為3.8m；h——基坑開挖深度，為10.2m；q——地面荷載，20；所以，故坑底不會(huì)隆起。五、封底砼強(qiáng)度檢算:(圍堰抗浮穩(wěn)定性計(jì)算)采用C20水下砼封底，封底厚度為0.5m。砼在圍堰及鋼護(hù)筒形成的樁的支點(diǎn)反力下，承受圍堰抽水后產(chǎn)生的上浮力，圍堰內(nèi)封底砼面積為F1＝12.2mx17.7m=215.94m2，圍堰內(nèi)共10根Ф1.5m樁，鋼護(hù)筒直徑取1.75m，砼容重取2.5t/m31、圍堰整體抗浮力計(jì)算:若板樁圍堰與封底砼之間的粘結(jié)作用不致被靜水壓力破壞，作用在封底層的浮力Pf是由封底砼和圍堰的總重，以及板樁在土中的抗拔摩阻力來平衡的。1．1、豎向抗力計(jì)算(1)鋼圍堰及刃腳自重:(2)封底混凝土自重:(3)鋼板樁與土層的側(cè)摩阻力計(jì)算:從開挖頂面到基坑開挖底面，土質(zhì)層分別是:素填土層厚5.6m，粉砂層厚2.4m，粉質(zhì)粘土厚2.2m，各層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qi分別是20Kpa，25Kpa，70Kpa，代入樁的側(cè)摩阻力計(jì)算公式,u為板樁與土體接觸的內(nèi)外壁周長(zhǎng)豎向抗力合力P=G1+G3+P3=2535t1.2、豎向浮力計(jì)算:圍堰封底面積A=215.94m2，水頭差10.2mP＞T，K=P/T=1.15，圍堰整體穩(wěn)定性滿足要求。2、承臺(tái)區(qū)封底混凝土彎曲應(yīng)力驗(yàn)算假定封底層為一簡(jiǎn)支單向板，設(shè)封底層厚x米，L及h分別為圍堰跨徑及水頭其頂面每延米在靜水壓力作用下產(chǎn)生的最大彎矩γc,γw—分別為混凝土及水的容重0.5米厚的封底砼配上