尤溪洲閩江大橋臨時(shí)墩鉆孔樁施工計(jì)算

尤溪洲閩江大橋臨時(shí)墩計(jì)算書(shū)PagePAGE16of16第一部分臨時(shí)支墩施工計(jì)算一、臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)說(shuō)明1、尤溪洲閩江大橋主橋?yàn)?0+120+80m空腹式剛架拱。主橋施工過(guò)程中存在5種體系轉(zhuǎn)換：①三角形空腹段合攏前的支架施工狀態(tài)。②三角形空腹段合攏后斜腿根部鉸接的閉合剛架模式。③三角形空腹段合攏后斜腿根部固接的閉合閉合剛架模式及伸臂施工。④中跨合攏后的雙懸臂伸臂施工剛架模式。⑤全橋合攏后的剛架模式。在體系①中由于體系構(gòu)水平梁預(yù)應(yīng)力束未張拉，故對(duì)臨時(shí)支墩產(chǎn)生最大荷載，當(dāng)水平梁預(yù)應(yīng)力張拉后，臨時(shí)支墩被部分卸載。因此，臨時(shí)支墩控制設(shè)計(jì)承載力為工況①對(duì)臨時(shí)支墩產(chǎn)生的荷載。由設(shè)計(jì)院提供的數(shù)據(jù)知，主體結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)支墩的最大反力為：N=14400KN。2、由于空腹式剛架拱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體系轉(zhuǎn)換較多，施工應(yīng)力大，在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中計(jì)入了斜腿兩側(cè)臨時(shí)支墩對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，并要求臨時(shí)支墩豎向剛度不小于13000KN/cm。3、中跨合攏前水平頂梁200t，由設(shè)計(jì)知主體結(jié)構(gòu)整體將向邊跨側(cè)偏移約9mm。4、臨時(shí)支墩簡(jiǎn)介尤溪洲閩江大橋正橋空腹剛架拱施工時(shí)，由于臨時(shí)支墩支反力大且要求豎向剛度亦很大。經(jīng)方案比選，決定臨時(shí)支墩+6.5m以下采用2φ1.5m鉆孔灌注樁，+6.5m以上采用2φ1.2m鋼管砼立柱，臨時(shí)支墩設(shè)在0#塊橫隔墻處，每幅橋下橫橋向設(shè)兩根鉆孔樁，兩鉆孔樁中心距6.0m。由于計(jì)算河床至立柱頂約30m，自由長(zhǎng)度大，為減小臨時(shí)支墩橫向變位，增加臨時(shí)支墩穩(wěn)定定位，利用臨時(shí)墩鉆孔樁施工時(shí)的定位樁作為臨時(shí)支墩護(hù)樁，以減小鉆孔樁樁身橫向變位及其彎矩，由于受通航凈寬50m的影響，護(hù)樁離鉆孔樁距離主跨通航側(cè)3m，其余為5m。具體布置詳見(jiàn)下圖：5、臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括①臨時(shí)支墩橫向整體計(jì)算②臨時(shí)支墩承載力計(jì)算③臨時(shí)支墩豎向剛度計(jì)算④臨時(shí)支墩中φ1.2m立柱及φ1.5m鉆孔樁截面強(qiáng)度驗(yàn)算⑤臨時(shí)支墩穩(wěn)定性計(jì)算⑥臨時(shí)支墩頂砂筒計(jì)算6、計(jì)算中的假定①計(jì)算河床面及地質(zhì)由尤溪洲閩江大橋主橋巖土工程勘察報(bào)告（詳細(xì)勘察階段）知，最低河床面標(biāo)高為-8.36m，成橋后一般沖刷線為-10.77m，考慮臨時(shí)支墩施工期短，計(jì)算中取河床標(biāo)高為-10.0m。土層地質(zhì)取較不利的33#鉆探孔北側(cè)25m即15#墩北側(cè)30m處。極限摩擦力取均值。土層平均內(nèi)摩擦角φ=10°。②豎向承載力及豎向剛度計(jì)算時(shí)，考慮到立柱荷載直接傳遞給鉆孔樁，并且樁與護(hù)樁間的聯(lián)接剛度有限，且護(hù)樁的持力層力學(xué)性能較差，土的壓縮系數(shù)較大等，故豎向承載力計(jì)算時(shí)未計(jì)護(hù)樁所分配的力，豎向剛度計(jì)算時(shí)亦未計(jì)算護(hù)樁所提供的剛度。③臨時(shí)支墩橫橋向整體計(jì)算時(shí)，將分配梁及其加勁桁架、臨時(shí)支墩間聯(lián)結(jié)等，作為整體剛架進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算中臨時(shí)支墩取至鉆孔樁底作為嵌固點(diǎn)。④由于橫向兩臨時(shí)支墩間有連接，臨時(shí)支墩自由長(zhǎng)度較小，故穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，僅計(jì)算順橋向(縱向)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮臨時(shí)支墩鉆孔樁上的立柱中心線施工時(shí)可能與鉆孔樁中心線不重合，因此，在立柱及柱身強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，鉆孔樁按荷載作用點(diǎn)偏離結(jié)構(gòu)形心5cm計(jì)算。⑤由于單柱自由長(zhǎng)度較大，對(duì)水平力較為敏感，要求只傳豎向反力，不傳水平力。為此，支架與臨時(shí)支墩相連的支座設(shè)置為水平，斜腿支架上與底模的調(diào)節(jié)段豎向設(shè)置，確保斜腿荷載豎向傳遞給支架上。經(jīng)過(guò)以上設(shè)置后，上部結(jié)構(gòu)只產(chǎn)生豎向荷載不產(chǎn)生水平荷載。計(jì)算中不計(jì)水平力。7、計(jì)算中材料特性按臨時(shí)性結(jié)構(gòu)組合Ⅴ容許應(yīng)力提高系數(shù)根據(jù)JTJ025-86表1.2.10取K=1.4(1)、A3鋼[σw]=145×1.4=203（Mpa）[τ]=85×1.4=119（Mpa）E=2.1×105（Mpa）G=8.1×104（Mpa）(2)、16Mn鋼[σw]=210×1.4=294（Mpa）[τ]=120×1.4=168（Mpa）E=2.1×105（Mpa）G=8.1×104（Mpa）(3)、C30砼[σ]=17.5（Mpa）E=3.0×104（Mpa）G=1.29×104（Mpa）(4)、C25砼[σ]=14.5（Mpa）E=2.85×104（Mpa）G=1.23×104（Mpa）二、荷載計(jì)算及其他基本資料（一）設(shè)計(jì)荷載1、恒載（1）主體結(jié)構(gòu)最大反力P1=14400KN（2）施工支架及模板重P2=1455KN（3）φ1.2m鋼管砼立柱重①φ1.2m鋼管δ=10mm（L=13.5m）G1=π/4（1.22-1.182）×13.5×78.5=39.6(KN)②鋼管內(nèi)砼重G2=π/4×1.182×13.5×25=369.1(KN)故立柱自重：P3=G1+G2=39.6+369.1=409(KN)（4）φ1.5m鉆孔樁自重樁長(zhǎng)：L=6.5-(-44.0)=50.5m樁自重：P4=π/4×1.52×50.5×25=2231(KN)（5）樁的浮力P5=-π/4×1.52×[2.5-(-10)]×10=-220(KN)2、施工荷載考慮砼施工完成后，橋面還有部份施工機(jī)械設(shè)備及養(yǎng)護(hù)設(shè)備，施工荷載按200KN計(jì)，即P6=200KN。3、其他可變荷載其他可變荷載計(jì)算中僅計(jì)風(fēng)載。當(dāng)水平梁合攏段施工完成后，主梁迎風(fēng)面最大最為不利，計(jì)算此時(shí)的向下的風(fēng)荷載。（1）迎風(fēng)面積A從墩中心線算起梁長(zhǎng)L=35m，橋面寬B=14.75m，面積A=516.25m2。（2）風(fēng)壓考慮臺(tái)風(fēng)影響，根據(jù)尤溪洲閩江大橋設(shè)計(jì)說(shuō)明，取風(fēng)壓q=1551Pa.（3）風(fēng)荷載P7=1.0×P×A=1.0×1551×516.25=800×103（N）=800（KN）4、荷載組合F=P1+P2+2P3+2P4+P6+P7-2P5=14400+1455+2×409+2×2231+200+800-2×220=21695(KN)單根鉆孔樁設(shè)計(jì)荷載為：N1=F/2=21695/2=10848（KN）以上設(shè)計(jì)組合滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中的組合Ⅴ的規(guī)定。（二）設(shè)計(jì)臨時(shí)支墩豎向剛度K（兩根φ1.5m鉆孔樁及其上的φ1.2m鋼管砼立柱）須滿足K≥13000KN/cm（三）地質(zhì)資料臨時(shí)墩樁位附近（33#鉆探孔位左25m處）地層情況（從河床-10.0起）。土層編號(hào)土層名稱土層厚度（m）極限摩阻力(Kpa)容許承載力(Kpa)④含泥粉細(xì)砂1.235-40120-140⑥砂質(zhì)粘土5.240-45220⑦泥質(zhì)粉細(xì)砂3.240-45160-180⑧淤質(zhì)土1425-3080-85⑩泥質(zhì)細(xì)粉砂3.238-42140-160⑾卵石8.5250-280800-900三、臨時(shí)支墩橫橋向整體計(jì)算1、斜腿支架荷載在約+14.0m標(biāo)高處經(jīng)分配梁傳給臨時(shí)墩φ1.2m鋼管砼立柱。詳見(jiàn)總體布置中A—A斷面圖。計(jì)算中將樁底-44.0m標(biāo)高處視為固結(jié),分配梁與立柱進(jìn)行固接，進(jìn)行整體剛架計(jì)算，其計(jì)算圖式如上圖。2、計(jì)算荷載其上荷載有：梁體自重P1，支架及模板重P2，施工荷載P6，其他可變荷載P7。其合力N2=P1+P2+P6+P7=14400+1455+200+800=16855（KN）按5片桁架平均分配則每個(gè)作用點(diǎn)的力q=16855/5=3371(KN).3、各桿件截面特性樁頂分配梁采用掛籃主梁（16Mn）或與其截面特性相同的箱型梁I=842843.3cm4W=21071.1cm3A=734.72cm2φ1.2鋼管砼立柱I=1.018×1011mm4W=1.696×108mm3A=1.13×106mm2φ1.5鉆孔樁I=2.485×1011mm4W=3.313×108mm3A=1.767×106mm2(4)鉆孔樁間的連接2［28bI=10236.8cm4W=731.2cm3A=91.24cm24、各單元內(nèi)力（未計(jì)結(jié)構(gòu)自重）StructureNo.11分配梁固接計(jì)算***MEMBERFORCES***DriveDLoadCaseResultsMemLoadAxial@LJShear@LJBM@LJAxial@GJShear@GJBM@GJNo.Case(kN)(kN)(kN-m)(kN)(kN)(kN-m)118,427.5003.1310.000-8,427.500-3.131108.011218,427.5003.131-108.011-8,427.500-3.131139.319318,427.5003.131-139.319-8,427.500-3.131159.669418,427.500-243.107-160.640-8,427.500243.107-82.466518,427.500-243.10782.466-8,427.500243.107-690.234618,427.500-243.107690.234-8,427.500243.107-1,419.555718,427.500-243.1071,419.555-8,427.500243.107-1,662.66281243.1075,056.5005,033.662-243.107-5,056.50022.83891243.1071,685.500-22.838-243.107-1,685.5003,393.838101243.107-1,685.500-3,393.838-243.1071,685.50022.838111243.107-5,056.500-22.838-243.1075,056.500-5,033.6621218,427.500243.1071,662.662-8,427.500-243.107-1,419.5551318,427.500243.1071,419.555-8,427.500-243.107-690.2341418,427.500243.107690.234-8,427.500-243.107-82.4661518,427.500243.10782.466-8,427.500-243.107160.6401618,427.500-3.131-159.669-8,427.5003.131139.3191718,427.500-3.131-139.319-8,427.5003.131108.0111818,427.500-3.131-108.011-8,427.5003.1310.0001910.000-3,371.000-3,371.0000.0003,371.0000.0002010.0003,371.0003,371.0000.000-3,371.0000.000211-246.2380.000.972246.2380.000-.9725、單元應(yīng)力StructureNo.11分配梁固接計(jì)算***MEMBERSTRESSES***DriveDLoadCaseResultsMemLoadJointAxialShearBendingTopNormalBotNormalNo.CaseNo.(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)111-4,769.41.80.0-4,769.4-4,769.42-4,769.4-1.8-326.0-5,095.4-4,443.4212-4,769.41.8-326.0-5,095.4-4,443.43-4,769.4-1.8-420.5-5,189.9-4,348.9313-4,769.41.8-420.5-5,189.9-4,348.94-4,769.4-1.8-481.9-5,251.3-4,287.4414-7,451.4-214.9-947.2-8,398.5-6,504.25-7,451.4214.9486.2-6,965.1-7,937.6515-7,451.4-214.9486.2-6,965.1-7,937.66-7,451.4214.94,069.8-3,381.6-11,521.1616-7,451.4-214.94,069.8-3,381.6-11,521.17-7,451.4214.98,370.0918.6-15,821.4717-7,451.4-214.98,370.0918.6-15,821.48-7,451.4214.99,803.42,352.1-17,254.8818-3,308.8107,347.6238,901.8235,593.0-242,210.79-3,308.8-107,347.6-1,083.9-4,392.8-2,224.9919-3,308.835,782.5-1,083.9-4,392.8-2,224.910-3,308.8-35,782.5-161,074.4-164,383.3157,765.610110-3,308.8-35,782.5-161,074.4-164,383.3157,765.611-3,308.835,782.5-1,083.9-4,392.8-2,224.911111-3,308.8-107,347.6-1,083.9-4,392.8-2,224.912-3,308.8107,347.6238,901.8235,593.0-242,210.712112-7,451.4214.99,803.42,352.1-17,254.813-7,451.4-214.98,370.0918.6-15,821.413113-7,451.4214.98,370.0918.6-15,821.414-7,451.4-214.94,069.8-3,381.6-11,521.114114-7,451.4214.94,069.8-3,381.6-11,521.115-7,451.4-214.9486.2-6,965.1-7,937.615115-7,451.4214.9486.2-6,965.1-7,937.616-7,451.4-214.9-947.2-8,398.5-6,504.216116-4,769.4-1.8-481.9-5,251.3-4,287.417-4,769.41.8-420.5-5,189.9-4,348.917117-4,769.4-1.8-420.5-5,189.9-4,348.918-4,769.41.8-326.0-5,095.4-4,443.418118-4,769.4-1.8-326.0-5,095.4-4,443.419-4,769.41.80.0-4,769.4-4,769.419180.0-71,565.0-159,990.5-159,990.5159,990.5200.071,565.00.00.00.0201120.071,565.0159,990.5159,990.5-159,990.5210.0-71,565.00.00.00.0211426,987.90.01,387.928,375.825,600.01626,987.90.01,387.928,375.825,600.06、主要數(shù)據(jù)(1)、柱頂受力（7單元）N3=8427.5(KN)M3=1662.7(KN.m)(2)、鉆孔樁頂受力N4=8427.5+409=8836.5(KN)M4=160(KN.m)(3)、柱頂分配梁支座處（8單元）N5=243(KN)Q5=5056.5(KN)M5=5033.7(KN.m)(4)、分配梁跨中（9單元）N6=243(KN)Q6=1685.5(KN)M6=3394(KN.m)7、臨時(shí)支墩分配梁計(jì)算（1）、立柱頂分配梁抗剪計(jì)算由于8單元剪力達(dá)Q=5056.5KN，而腹板抗剪能力為Qy=736×32×168×10-3=3957KN故板梁抗剪不夠，故需增設(shè)腹板，為保證腹板不失穩(wěn)，其h0/δ應(yīng)滿足h0/δ＜60，則δ＞h0/60=736/60=12.3mm，因此兩邊各設(shè)一道16Mn鋼δ=16mm。如下圖：Qz=2×736×16×168×10-3=3956（KN）Q總=3957+3956=7913＞5056.5（KN）（2）、焊縫計(jì)算本計(jì)算僅驗(yàn)算新增腹板焊縫能否抵抗翼緣與腹板之間相互錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)。主梁截面剪應(yīng)力驗(yàn)算對(duì)于的板，為抵抗彎曲時(shí)翼緣間錯(cuò)動(dòng)焊縫受力：故焊縫高度（3）、支承處加勁肋驗(yàn)算豎向加勁肋的厚度不小于肢寬的1/15，故支承處加勁肋用mm的板，按中心壓桿驗(yàn)算支承加勁肋垂直于腹板平面內(nèi)的穩(wěn)定性。支座處加勁肋平面圖如下：壓桿長(zhǎng)度取腹板高度：則支承處加勁肋應(yīng)力：根據(jù)以上計(jì)算，分配梁滿足要求。四、樁的承載力計(jì)算1、計(jì)算公式根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.2-1條樁的承載力計(jì)算公式為[P]=1/2（uΣLτP+AσR）u：樁的周長(zhǎng)[u=π×1.5=4.71m2]L：樁在局部沖刷線以下的有效長(zhǎng)度A：樁底面積（按成孔直徑1.50m計(jì)算）τP：樁壁上的平均極限摩阻力（KPa）σR：樁尖處土的容許承載力（KPa）σR=2m0λ｛［σ0］+k2r2（h-3）｝m0：清底系數(shù)按沉渣0.6m控制，t/d=0.6/1.5=0.4m，m0=0.55。λ：修正系數(shù)，L/d=34.5/1.5=23，λ=0.692。σ0：地基容許承載力k2：持力層土按深度確定的修正系數(shù)，中密卵石取k2=6r2：基座以上土的容重，取r2=20KN/m3h：基礎(chǔ)埋深d：樁基直徑σR=2×0.55×0.692×[850+6×20×（34.5-3）]=3524（KPa）2、承載力計(jì)算[P]=×[4.71×(1.2×37.5+5.2×42.5+3.2×42.5+14×27.5+3.2×40+8.0×265)+π/4×1.502×3524]=10261(KN)根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85）第4.3.2條規(guī)定對(duì)于荷載組合Ⅴ容許承載力按25%則：[P]′=1.25×[P]=1.25×10261=12826（KN）＞N=10870（KN）故臨時(shí)墩鉆孔樁入卵石層8.0m后，其承載力滿足規(guī)范要求。五、臨時(shí)墩豎向剛度計(jì)算1、臨時(shí)墩截面特性(1)、φ1.5m樁的截面特性（C25砼）A1=π/4d2=π/4×1.52=1.767(m2)Ⅰ1=π/64d4=π/64×1.54=0.2485(m4)w1=π/32d3=π/32×1.53=0.3313(m3)E=2.85×104(MPa)(2)、φ1.2m柱的截面特性A1′=π/4×1.22=1.13(m2)Ⅰ1′=π/64×d4=π/64×1.24=0.1018(m4)w1′=π/32×d3=π/32×1.23=0.1696(m3)2、計(jì)算地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)mhm=3(d+1)=3×(1.5+1)=7.5mh1=1.2mh2=5.2mh3=7.5-1.2-5.2=1.1m因第三層與第二層液限指數(shù)基本相當(dāng)，故第二、三層地基系數(shù)均取m2。m1=7500(Kpa/m2)，m2=15000（Kpa/m2）。 `3、單根臨時(shí)支墩豎向剛度ρ13、臨時(shí)支墩豎向剛度KK=2×ρ1=2×840286.6=1680573(KN/m)=16805.7(KN/cm)＞13000KN/cm故豎向剛度滿足要求六、樁身強(qiáng)度計(jì)算（一）計(jì)算鉆孔樁頂內(nèi)力（單根樁）1、鉆孔樁樁頂軸向力N8N8=(P1+P2+P3+P6+P7)/2=(14400+1455+409+200+800)/2=8632（KN）2、樁頂彎矩M8（考慮偏載5cm）M8=N8×0.05+160=8632×0.05+160=592(KN.m)3、樁頂剪力H8H8=0(KN)（二）柱身和樁身截面驗(yàn)算1、立柱截面驗(yàn)算(1)、由前橫向整體計(jì)算中知立柱較為不利的截面發(fā)生在分配梁底的立柱上其荷載N3=8427.5(KN)M3=1662.7(KN.m)e0=M/N=0.1973（2）、立樁彎矩由δ=8mm鋼管承受，軸力由立柱內(nèi)C30砼承受。φ1.2鋼管截面特性：I=π/64×（D4-d4）=π/64×（12004-11844）=5.32×109（mm4）W=I/(1/2D)=8.87×106（mm3）[σ]=M/WM=[σ]×W=200×8.87×106=1774×106（N.mm）=1774（KN.m）＞1662.7（KN.m）安全（3）、柱內(nèi)砼抗壓能力[σ]=N/AN=[σ]×A=17.5×π/4×11842=19267.8×103（N） =19267.8（KN）＞8427.5（KN）安全樁身截面驗(yàn)算計(jì)算河床面處樁身截面強(qiáng)度驗(yàn)算（1）荷載計(jì)算截面以上樁身自重P4′=π/4×1.52×[6.5-(-10)]×25=729(KN)P5=π/4×1.52×[2.5-(-10)]×10=221(KN)N9=N8+P4′-P5′=8632+729-221=9140（KN）Q9=0（KN）M9=M8=592(KN.m)e0=M/N=0.0648（2）樁身設(shè)計(jì)直徑Φ1.5m，砼采用C25按0.4%配筋來(lái)設(shè)計(jì)Ag=π/4×15002×0.4%=7065(mm2)選用φ20鋼筋（3）計(jì)算偏心矩增大系數(shù)（4）列表計(jì)算ξ值根據(jù)《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》（JTJ023-85）附表3.2查得：ξABCDηηe0η/ηe01.102.84790.24152.43770.56490.07070.06971.0141.112.86160.23192.45670.55140.06780.06970.973故可以認(rèn)為當(dāng)ξ=1.10時(shí)，偏心矩與實(shí)際值相符。（5）驗(yàn)算截面所以承受的最大計(jì)算縱向力Njmax=rb/rc.A.r2.Ra+rb/rs.C.u.r2.Rg=0.95/1.25×2.8479×7502×14.5+0.95/1.25×2.4377×0.00409×7502×340=19103×103(N)=19103(KN)＞9140（KN）安全Mmax=rb/rc.Ra.B.r3+rb/rs.Rg.D.u.g.r3=0.95/1.25×14.5×0.2415×7503+0.95/1.25×340×0.5649×0.00409×0.907×7503=1351×106（N.