橋梁水中基礎(chǔ)鋼板樁計(jì)算書(shū)

1、 某大橋鋼板樁圍堰計(jì)算書(shū)一、 基本資料1、 工程概況某大橋912#墩位于水中，1315#墩位于岸邊。912#墩承臺(tái)底在枯水位以下6.77.6m，1315#墩承臺(tái)底位于枯水期穩(wěn)定水位以下3.86.3m，承臺(tái)擬采用鋼板樁圍堰施工。11墩位地質(zhì)情況915#墩位地質(zhì)主要為卵石層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖與砂巖互層層，墩位處地質(zhì)各層標(biāo)高如下表:地層墩臺(tái)號(hào)9101112131415水深321.22.2卵石層5.28.737.4611.66109.76.9強(qiáng)風(fēng)泥巖與砂巖互層8.876.41111.241414.918.11.2水文枯水期水位高程為853m，設(shè)計(jì)水位為855m ，水流流速12m/s，最大流速3m/s。2、

2、土體參數(shù)巖土名稱飽和容重(KN/m3)浮容重(KN/m3)內(nèi)摩擦力(°)黏聚力C(kpa)卵石2111.19350強(qiáng)風(fēng)化砂巖2217.13040強(qiáng)風(fēng)化泥巖2220103、 材料特性型號(hào)規(guī)格截面面積單重慣性距截面抗彎矩寬高厚單根單根每米寬每米寬每米寬mmmmmmCm2Kg/mKg/mCm4Cm3Sp-(L)40017015.596.9976.11903860022704、 計(jì)算公式4.1靜水壓力公式q=h4.2流水壓力作用在鋼板樁圍堰的流水壓力，根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D600-2004(4.3.8)公式計(jì)算：P=kAv2/2g水的容重，取值10KN/m3v設(shè)計(jì)流速，取值3m/

3、sA阻水面積m2G重力加速度，取值9.81 m/s2K橋墩形狀系數(shù)，鋼板樁圍堰為矩形K取值1.3 橋墩形狀系數(shù)4.3土壓力根據(jù)朗金土壓力公式：主動(dòng)土壓力：Pa=Kah-2c(Ka)1/2被動(dòng)土壓力：Pp= Pa=Kph+2c(Kp)1/2計(jì)算土壓力的點(diǎn)至地面的距離基坑外側(cè)土的的重度主動(dòng)土壓力系數(shù)，為基坑外加權(quán)平均摩擦角被動(dòng)土壓力系數(shù)，為基坑內(nèi)加權(quán)平均摩擦角基坑內(nèi)固塊黏聚力=0.27，=3.694.4圍堰坑底涌砂隆起驗(yàn)算根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）4.2.4條，支撐式支擋結(jié)構(gòu)，其嵌固深度應(yīng)滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求，抗隆起穩(wěn)定性可按下列公式計(jì)算：m2DNQ+cNc/(m1(h+

4、D)+q0)KheNQ=tg2(45+/2)etanNc=( NQ-1)/tanKhe抗隆起安全系數(shù)；安全等級(jí)按一級(jí)考慮，取值1.8m1基坑外擋墻構(gòu)件底面以上土的重度m2基坑內(nèi)擋土構(gòu)件底面以上土的重度D基坑底面至擋土構(gòu)件底面的土層厚度H基坑深度q地面以上均布荷載c擋土構(gòu)件地面以下土的黏聚力擋土構(gòu)件地面以下土的內(nèi)摩擦角二、 計(jì)算依據(jù)及計(jì)算方法1、計(jì)算方法采用容許應(yīng)力法，鋼板樁設(shè)計(jì)為固定支承和自由支承兩種，樁體按照豎向連續(xù)梁法計(jì)算。2、計(jì)算依據(jù)(1) 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)(2) 鋼板樁工程手冊(cè)（歐領(lǐng)特編）人民交通出版社(3) 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012

5、）(4) 路橋施工計(jì)算手則三、計(jì)算選取對(duì)象鋼板樁圍堰采用封底與不封底兩種方案施工承臺(tái)，鋼板樁插打至強(qiáng)風(fēng)化砂巖或泥巖中最小錨固深度。根據(jù)915#墩地質(zhì)柱狀圖地質(zhì)情況、河床標(biāo)高、承臺(tái)標(biāo)高及鋼板樁插入度的不同，以最大開(kāi)挖深度9#墩承臺(tái)與卵石層最大厚度12#墩計(jì)算。9#墩承臺(tái)鋼板樁插打深度滿足坑底隆起要求控制，12#墩承臺(tái)以鋼板樁在吸泥到封底混凝土底工況滿足固端支撐最小錨固深度要求控制。9#、12#墩承臺(tái)墩號(hào)河床標(biāo)高(m)卵石層底標(biāo)高(m)強(qiáng)風(fēng)化砂巖底標(biāo)高(m)承臺(tái)底標(biāo)高(m)9850845.08836.21845.01412850.8839.14827.9845.87四、9#墩計(jì)算1、圍堰坑底隆起驗(yàn)

6、算根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）4.2.4條，支撐式支擋結(jié)構(gòu)，其嵌固深度應(yīng)滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求，抗隆起穩(wěn)定性可按下列公式計(jì)算：m2DNQ+cNc/(m1(h+D)+q0)KheNQ=tg2(45+/2)etanNc=( NQ-1)/tan9#墩鋼板樁插到強(qiáng)風(fēng)化泥巖與砂巖互層頂面以下1m，基坑開(kāi)挖深度按5m計(jì)，鋼板樁入土深度1.5m。施工水位855m，基坑采取抽干水施工承臺(tái)，取水頭差10m，則q0=10×9.81=981KN/m2。容重取、內(nèi)摩擦角強(qiáng)風(fēng)化砂巖與強(qiáng)風(fēng)化泥巖平均值：容重22KN/ m3，內(nèi)摩擦角25°，黏聚力取泥巖黏聚力10Kpa，卵石土浮容

7、重11.19KN/ m3。代入以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)有：Nq=tg2(45+/2)*etan= tg2(45+25/2)*e tan25=10.66Nc=( NQ-1)tan=(10.66-1)/tan25°=22.86m2DNQ+cNc/(m1(h+D)+q0)=(22×1×10.66+10×22.86)/(11.19×（5+1）+98.1)=2.8>1.8經(jīng)計(jì)算鋼板樁滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求。圖1 鋼板樁圍堰布置圖3、計(jì)算工況鋼板樁圍堰采用無(wú)封底施工，鋼板樁樁底按自由支撐設(shè)計(jì)。工況一：第一層內(nèi)支撐下放完畢，抽水至河床標(biāo)高 。圖2 工況一示意圖工況

8、二：安裝第二層內(nèi)撐后，開(kāi)挖至第三層內(nèi)撐以下0.5m。圖3 工況二示意圖工況三：第臨時(shí)內(nèi)支撐安裝后，開(kāi)挖至第三層內(nèi)撐以下3.5m處。圖4 工況三示意圖4、鋼板樁計(jì)算圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算分為迎河面、順?biāo)婕昂恿鞣较蛐苯幻鎸?duì)圍檁的作用力。迎水面：4.1工況一計(jì)算4.1.1流水壓力計(jì)算根據(jù)計(jì)算公式5.2流水壓力計(jì)算公式得：P=kAv2/2g=1.3×5×1×9.81×32/2/9.81=29.25 KN4.1.2靜水壓力河床處鋼板樁外側(cè)靜水壓力：P外=h=9.81KN/m3×5m=49.05 kpa 4.1.3土壓力計(jì)算鋼板樁位于卵石層中，卵石層內(nèi)摩擦角為=3

9、5°，根據(jù)主動(dòng)和被動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算公式得：卵石層中主動(dòng)和被動(dòng)土壓力系數(shù)為：=0.27，=3.69強(qiáng)風(fēng)化砂巖與泥巖互層中主動(dòng)和被動(dòng)土壓力系數(shù)為：內(nèi)摩擦角、黏聚力取強(qiáng)風(fēng)化砂巖與強(qiáng)風(fēng)化泥巖平均值：=tan2(45°-25°/2)=0.406= tan2(45°+25°/2)=2.464卵石層底部鋼板樁主動(dòng)土壓力：Pa= Kah-2c(Ka)1/2+whw=0.27×11.19×5+10×9.81=113.21kpa強(qiáng)風(fēng)化砂巖泥巖互層主動(dòng)與被動(dòng)土壓力按水土合算。鋼板樁主動(dòng)土壓力：強(qiáng)風(fēng)化層頂面：Pa=Kah-2c(Ka)1/

10、2 =(5m×21+5m×9.81)×0.406-2×10×0.406=49.8kpa鋼板樁底面：Pa=Kah-2c(Ka)1/2 =(5m×21KN/m3+1m×22 KN/m3+5m×9.81)×0.406-2×10 kpa×0.406=58.7kpa鋼板樁被動(dòng)土壓力：卵石土底面：Pp=Kah+2c(Ka)1/2+whw =5×11.19×3.69+2×0×3.69+5×9.81=255.51kpa強(qiáng)風(fēng)化層頂面：Pp=Kah+2c(

11、Ka)1/2 =5×21×2.464+2×10×2.464=290.1kpa鋼板樁底：Pp= Pa=Kph+2c(Kp)1/2=（5×21+1×22）×2.464+2×10×2.464=344.32kpa3.1.4主動(dòng)、被動(dòng)土壓力平衡臨界點(diǎn)圖5 鋼板樁圍堰工況一受力圖該工況中，由于鋼板樁入土深度大，對(duì)鋼板樁約束大，可以認(rèn)為樁端固定支撐，當(dāng)被動(dòng)土壓力與主動(dòng)土壓力相等時(shí)，設(shè)距離河床下距離為y,49.05+(113.2-49.05)/5×y=255.51/5×y 解得：y=1.28m4.2工

12、況二工況二時(shí)，安裝第二層內(nèi)撐后，承臺(tái)吸泥至第三層內(nèi)撐以下0.5m處。鋼板樁外側(cè)主動(dòng)土壓力與工況一相同，本工況僅計(jì)算鋼板樁內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力。4.2.1被動(dòng)土壓力計(jì)算鋼板樁內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力采用水土分算法：卵石層底面：Pa= Kah-2c(Ka)1/2+whw=3.69×11.19×2.2-2×0×0.271/2+9.81×2.2=112.42kpa強(qiáng)風(fēng)化層頂面：Pp=Kah+2c(Ka)1/2=2.464×21×2.2+2×10×2.464=145.23kpa鋼板樁底：Pp= Pa=Kph+2c(Kp)1/2=（

13、2.2×21+1×22）×2.464+2×10×2.464=199.44kpa圖6 鋼板樁圍堰工況二受力圖4.3工況三工況三安裝第三層內(nèi)撐后，開(kāi)挖至承臺(tái)底處。工況三鋼板樁外側(cè)主動(dòng)土壓力與工況一相同。只計(jì)算鋼板狀內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力，作出鋼板樁土壓力受力圖。4.3.1鋼板樁內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力強(qiáng)風(fēng)化層頂面：Pp=Kah+2c(Ka)1/2+whw =2.464×22×0+2×10×2.464=31.39kpa鋼板樁底端：Pp=Kah+2c(Ka)1/2+whw =2.464×22×1+2×

14、10×2.464=85.6kpa圖7 鋼板樁圍堰工況三受力圖5、迎水面計(jì)算各支撐點(diǎn)的反力、鋼板樁彎矩5.1各工況荷載(1)工況一圖8 工況一受力圖(2)工況二圖9 工況二受力圖 (3)工況三圖10 工況三受力圖 5.2各工況支點(diǎn)反力圖（1）工況一圖11 工況一反力圖（2）工況二圖12 工況二反力圖（3）工況三圖13 工況三反力圖5.3各工況彎矩圖(1)工況一圖14 工況一彎矩圖 (2)工況二圖15 工況二彎矩圖(3)工況三圖16 工況三彎矩圖5.4各工況剪力(1) 工況一圖17 工況一剪力圖 (2)工況二圖18 工況二剪力圖 (3)工況三圖19 工況三剪力圖迎水面圍堰側(cè)各工況圍檁下及

15、鋼板樁受力統(tǒng)計(jì)表工況圍檁受力（KN/m）鋼板樁最大剪力(KN)鋼板樁最大彎矩（KN.m）第一層第二層第三層第四層臨時(shí)工況一111.9103.6128.8工況二38277.80195.8256.1工況三77.9-4.5479.90254.6353.25.5鋼板樁應(yīng)力計(jì)算通過(guò)以上五種工況計(jì)算，鋼板樁最大剪力254.6KN，最大彎矩353.2KN.m，則鋼板樁的應(yīng)力為：=M/W=353.2KN.m/2270 Cm3=353.2×106/2270×103=155.6Mpa<=210 Mpa=254.6KN/(96.99/0.4) Cm2=254.6×103/242.

16、5×102=10.51Mpa<=120 Mpa5.6鋼板樁錨固深度驗(yàn)算根據(jù)工礦況一反彎點(diǎn)反力為80.9KN，設(shè)工況一彎矩為零點(diǎn)位于反彎點(diǎn)以下距離為x,根據(jù)反彎點(diǎn)反力與被動(dòng)土壓力建立彎距平衡方程：80.9x=(3.69-0.27)×11.19×x×x/2×x/3解得：x=3.56m錨固長(zhǎng)度位于鋼板樁入土深度范圍內(nèi)，工況一假定鋼板樁為固端支撐設(shè)計(jì)合理。6、順?biāo)嬗?jì)算鋼板樁圍堰所受主動(dòng)土壓力與 被動(dòng)土壓力未變化，只是順?biāo)鏌o(wú)流水壓力作用，根據(jù)迎水面主動(dòng)土壓力與 被動(dòng)土壓力作受力計(jì)算。6.1各工況荷載（1）工況一圖20 工況一受力圖（2）工況二圖

17、21 工況二受力圖（3）工況三圖22 工況三受力圖6.2各工況反力圖(1)工況一圖23 工況一反力圖（2）工況二圖24 工況二反力圖(3)工況三圖25 工況三反力圖6.3各工況彎矩（1）工況一圖25 工況一彎矩圖（2）工況二圖26 工況二彎矩圖(3)工況三圖27 工況三彎矩圖6.3 各工況剪力圖（1）工況一圖28 工況一剪力圖(2)工況二圖29 工況二剪力圖(3)工況三圖30 工況三剪力圖順?biāo)鎮(zhèn)葒吒鞴r圍檁下及鋼板樁受力統(tǒng)計(jì)表工況圍檁受力（KN/m）鋼板樁最大剪力(KN)鋼板樁最大彎矩（KN.m）第一層第二層第三層第四層臨時(shí)工況一84.678.8123.6工況二12.3274.10195.

18、8256.1工況三53-9.9480.70254.6353.26.4鋼板樁應(yīng)力計(jì)算通過(guò)以上五種工況計(jì)算，鋼板樁順?biāo)孀畲髲澗?、剪力均小于迎水面的最大彎矩、剪力值，此處不再?jì)算。7、圍堰與河流斜交計(jì)算圍堰與河流斜交按45度考慮，根據(jù)力的分配求出作用在圍堰上的流水壓力。F=P流·sin45°=29.25·sin45°=20.7KN鋼板樁圍堰受的主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力各工況不變的，根據(jù)前面計(jì)算的數(shù)據(jù)作圍堰的受力計(jì)算。7.1各工況荷載（1）工況一圖31 工況一受力圖（2）工況二圖32 工況二受力圖（3）工況三圖33 工況三受力圖7.2各工況反力圖(1)工況一圖3

19、4 工況一反力圖（2）工況二圖35 工況二反力圖(3)工況三圖36 工況三反力圖7.3各工況彎矩（1）工況一圖37 工況一彎矩圖（2）工況二圖38 工況二彎矩圖(3)工況三圖39 工況三彎矩圖7.4 各工況剪力圖（1）工況一圖37 工況一剪力圖(2)工況二圖41 工況二剪力圖(3)工況三圖42 工況三剪力圖流水面斜交各工況圍檁下及鋼板樁受力統(tǒng)計(jì)表工況圍檁受力（KN/m）鋼板樁最大剪力(KN)鋼板樁最大彎矩（KN.m）第一層第二層第三層第四層臨時(shí)工況一97.188.8106.9工況二30.5276.70195.8254.3工況三70.6-6.1480.20254.6353.27.5鋼板樁應(yīng)力計(jì)算

20、通過(guò)以上五種工況計(jì)算，鋼板樁順?biāo)孀畲髲澗?、剪力均小于迎水面的最大彎矩、剪力值，此處不再?jì)算。8、圍檁計(jì)算8.1第一層圍檁受力計(jì)算 (1)順橋向一側(cè)受為迎水面作用。圖43 最大荷載布置圖圖44 軸力圖圖45 剪力圖圖46 彎矩圖圖47 位移圖 (2)流水方向與圍堰斜交，圍堰順橋側(cè)與橫橋側(cè)各有一面受流水壓力作用。圖48 最大荷載布置圖圖49 軸力圖圖50 剪力圖圖51 彎矩圖圖52 位移圖第一層圍檁材料及受力最大值如下表： 桿件名稱規(guī)格截面面積(cm2)長(zhǎng)度(m)截面抗彎矩(cm3)軸力(KN)最大彎矩(KN.m)最大剪力(KN)位移（mm）短斜桿630×10194.7784.3756

21、6長(zhǎng)斜桿630×10194.77811.32752.5橫橋橫撐630×10194.7784.220順橋橫撐630×10194.77820.48484.13.9圍檁2I56b293.1648931208.5391.4285.410.4630×10鋼管截面慣性矩：I=93615.534cm4，慣性矩i=(I/A)=21.923cm。短斜桿柔度：=l/i=1×437/21.923=19.93長(zhǎng)斜桿柔度：=l/i=1×1132/21.923=51.64橫橋橫撐柔度：=l/i=1×2048/21.923=93.42查材料的折減系數(shù)，計(jì)

22、算短桿、長(zhǎng)桿、橫橋橫撐折減系數(shù)分別為：0.981、0.911、0.687，分別驗(yàn)算各桿件穩(wěn)定性：短斜桿容許軸力：P=A=0.981×194.778×102×140=2675.1KN>566KN滿足穩(wěn)定性要求。長(zhǎng)斜桿容許軸力：P=A=0.911×194.778×102×140=2484.2KN>752.5KN滿足穩(wěn)定性要求。順橋橫撐容許軸力：P=A=0.687×194.778×102×140=1873.4KN>484.1KN滿足穩(wěn)定性要求。 圍檁2I63b工資鋼驗(yàn)算：彎曲應(yīng)力：=M/W+

23、P/A =391.4×106/(4893×103)+ 1208.5×103/(293.16×102)=121.2Mpa<1.25=145×1.25=181.25Mpa(臨時(shí)性結(jié)構(gòu)時(shí)鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)可取1.25倍)滿足規(guī)范要求。滿足規(guī)范要求。工字鋼剪應(yīng)力：=Q/hd=285.4×103/(2×560×14.5)=17.6Mpa<=85Mpa滿足要求。8.2第二層圍檁(1) 順橋向一側(cè)受為迎水面作用。圖53 最大荷載布置圖圖54 軸力圖圖55 剪力圖圖56 彎矩圖圖57 位移圖(2) 流水方向與圍堰斜交

24、，圍堰順橋側(cè)與橫橋側(cè)各有一面受流水壓力作用。圖58 最大荷載布置圖圖59 軸力圖圖60 剪力圖圖61 彎矩圖圖62 位移圖第二層圍檁材料及受力如下表： 桿件名稱規(guī)格截面面積(cm2)長(zhǎng)度(m)截面抗彎矩(cm3)軸力(KN)最大彎矩(KN.m)最大剪力(KN)位移（mm）短斜桿630×10194.7784.371658.3長(zhǎng)斜桿630×10194.77811.321832.9橫橋橫撐630×10194.7784.220順橋橫撐630×10194.77820.481456.54.5圍檁3I56b439.747339.53009.8660.7729.616.

25、5630×10鋼管截面慣性矩：I=93615.534cm4，慣性矩i=(I/A)=21.923cm。短斜桿柔度：=l/i=1×437/21.923=19.93長(zhǎng)斜桿柔度：=l/i=1×1132/21.923=51.64橫橋橫撐柔度：=l/i=1×2048/21.923=93.42查材料的折減系數(shù)，計(jì)算短桿、長(zhǎng)桿、橫橋橫撐折減系數(shù)分別為：0.981、0.911、0.687，分別驗(yàn)算各桿件穩(wěn)定性：短斜桿容許軸力：P=A=0.981×194.778×102×140=2675.1KN>1658.3KN滿足穩(wěn)定性要求。長(zhǎng)斜桿容許

26、軸力：P=A=0.911×194.778×102×140=2484.2KN>1832.9KN滿足穩(wěn)定性要求。順橋橫撐容許軸力：P=A=0.687×194.778×102×140=1873.4KN>1456.5KN滿足穩(wěn)定性要求。 圍檁3I56b工資鋼驗(yàn)算：彎曲應(yīng)力：=M/W+ P/A =660.7×106/(7339.5×103)+ 3010×103/(439.74×102)=158.5Mpa<1.25=145×1.25=181.25Mpa(臨時(shí)性結(jié)構(gòu)時(shí)鋼材容許應(yīng)力提

27、高系數(shù)可取1.25倍)滿足規(guī)范要求。滿足規(guī)范要求。工字鋼剪應(yīng)力：=Q/hd=729.6×103/(3×560×14.5)=30Mpa<=85Mpa滿足要求。8.3第三層圍檁(1) 圍堰順橋向一側(cè)受為迎水面作用。圖63 最大荷載布置圖圖64 軸力圖圖65 剪力圖圖66 彎矩圖圖67 位移圖（2）流水方向與圍堰斜交，圍堰順橋側(cè)與橫橋側(cè)各有一面受流水壓力作用。圖68 最大荷載布置圖圖69 軸力圖圖70 剪力圖圖71 彎矩圖圖72 位移圖第三層圍檁材料及受力如下表：桿件名稱規(guī)格截面面積(cm2)長(zhǎng)度(m)截面抗彎矩(cm3)軸力(KN)最大彎矩(KN.m)最大剪力(

28、KN)位移(mm)短斜桿720×12266914.372996.4長(zhǎng)斜桿720×122669111.322387.9橫橋橫撐630×10194.7784.221054.5順橋橫撐720×122669120.482338.36.5圍檁4I56b586.3297864695.2915.51250.311.8720×12鋼管截面慣性矩：I=167288.331cm4，慣性矩i=(I/A)=25.035cm。630×10鋼管截面慣性矩：I=93615.534cm4，慣性矩i=(I/A)=21.923cm。短斜桿柔度：=l/i=1×4

29、37/25.035=17.46長(zhǎng)斜桿柔度：=l/i=1×1132/25.035=45.22順橋橫撐柔度：=l/i=1×2048/25.035=81.8橫橋橫撐柔度：=l/i=1×1129/21.923=51.5查材料的折減系數(shù)，計(jì)算短桿、長(zhǎng)桿、順橋橫撐、橫橋橫撐折減系數(shù)分別為：0.986、0.928、0.771、0.91，分別驗(yàn)算各桿件穩(wěn)定性：短斜桿容許軸力：P=A=0.986×266.91×102×140=3684.4KN2996.4KN滿足穩(wěn)定性要求。長(zhǎng)斜桿容許軸力：P=A=0.928×266.91×102&#

30、215;140=3467.7KN>2387.9KN滿足穩(wěn)定性要求。順橋橫撐容許軸力：P=A=0.771×266.91×102×140=2881KN>2338.3KN滿足穩(wěn)定性要求。橫橋橫桿容許軸力：P=A=0.91×194.778×102×140=2481.5KN>1054.5KN滿足穩(wěn)定性要求。 圍檁4I56b工資鋼驗(yàn)算：在橫橋向圍檁與順橋向內(nèi)撐相交位置出現(xiàn)彎矩最大915.5KN.m，軸力4659.2KN；順橋向圍檁與橫橋向內(nèi)撐相交位置出現(xiàn)最大軸力4695.2KN，彎矩為847.6KN.m；兩斜撐間圍囹最大彎矩為8

31、47.3KN.m，軸力3006.9KN。橫橋向圍檁彎曲應(yīng)力：=M/W+ P/A =915.5×106/(9786×103)+ 4659.2×103/(586.32×102)=173Mpa<1.25=145×1.25=181.25Mpa(臨時(shí)性結(jié)構(gòu)時(shí)鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)可取1.25倍)滿足規(guī)范要求。順橋向圍檁彎曲應(yīng)力：=M/W+ P/A =563.5×106/(9786×103)+ 4695.2×103/(586.32×102)=137.7Mpa<1.25=145×1.25=181.2

32、5Mpa(臨時(shí)性結(jié)構(gòu)時(shí)鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)可取1.25倍)滿足規(guī)范要求。斜撐間圍檁彎曲應(yīng)力：=M/W+ P/A =847.3×106/(9786×103)+ 3006.9×103/(586.32×102)=137.9Mpa<1.25=145×1.25=181.25Mpa(臨時(shí)性結(jié)構(gòu)時(shí)鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)可取1.25倍)滿足規(guī)范要求。工字鋼剪應(yīng)力：=Q/hd=1250.3×103/(4×560×14.5)=38.5Mpa<=85Mpa滿足要求。 五、12#墩計(jì)算1、封底混凝土計(jì)算1.1封底混凝土厚度計(jì)算鋼

33、板樁插入深度為透水層時(shí)，考慮在承臺(tái)底部澆注封底混凝土止水。封底砼的自重及砼與鋼護(hù)筒之間的握裹力之和抵抗封底混凝土的浮力。施工期間最高洪水位距承臺(tái)底的高差為9.13m，取值9.5m，假定封底混凝土厚度為Xm，則封底混凝土承受的浮力為：F浮=gA=9.81×(9.5+X)×32.85×21.6=66127.44+6960.78x封底砼重：G=(32.85×21.6-×1.12×24)×24×X=14839.9X鋼護(hù)筒與封底砼之間的握裹力，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及參考資料，鋼護(hù)筒與封底混凝土之間的握裹力系數(shù)取200kpa（200K

34、N/m2）。F握=24××2.2×X×200=33175.2x封底混凝土最小厚度足以使自重及砼加鋼護(hù)筒之間的握裹力之和與封底混凝土的浮力代數(shù)和為零達(dá)到平衡。即F浮=Gz+ F握66127.44+6960.78x-33175.2x-14839.9X=0 X=1.61m考慮一定的安全系數(shù)，封底混凝土厚度取值1.8m。1.2封底混凝土應(yīng)力計(jì)算在最大抽水狀態(tài)，還必須驗(yàn)算封底混凝土的強(qiáng)度。檢算時(shí)可取樁護(hù)筒間的單位寬度的混凝土梁，偏于安全地簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁計(jì)算，根據(jù)樁位的布置，簡(jiǎn)支梁的跨度為6.25米，梁高為1.8米，作用的荷載大小為10.93×9.81=10

35、7.22KN/m的均布荷載，則跨中最大彎矩為：M=ql2/8=107.22×6.252/8=523.55KN.mW=bh2/6=1×1.82/6=0.54m3所以混凝土中的拉應(yīng)力為：=M/W=523.55×106/0.54×109=0.97Mpa若采用C40混凝土封底，在強(qiáng)度充分發(fā)展的情況下其抗拉容許應(yīng)力為：2.4MPa(公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范2004)，但要考慮封底混凝土的抗拉容許應(yīng)力會(huì)降低很多，在適當(dāng)保證超過(guò)封底混凝土質(zhì)量的情況下，認(rèn)為封底混凝土是安全的。2、圍堰內(nèi)撐布置鋼板樁圍堰采用封底混凝土施工，封底混凝土厚度1.8m，為了保證基坑

36、吸泥至封底混凝土底標(biāo)高時(shí)，鋼板樁在土體錨固長(zhǎng)度最短，減少鋼板樁主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力差值,考慮在洗泥時(shí)在鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)注水來(lái)平衡內(nèi)外高程。圖73 內(nèi)支撐布置圖3、計(jì)算工況工況一：第一層內(nèi)支撐安裝完畢，圍堰內(nèi)外水位相等后，吸泥至封底混凝土底標(biāo)高處。圖74 工況一工況二：基坑封底混凝土澆注后，抽水至第2層內(nèi)支撐以下0.5m處。圖75 工況二工況三：第2層內(nèi)撐安裝完畢，抽水至第3層內(nèi)支撐以下0.5m處。圖76 工況三工況四：安裝第三層內(nèi)撐后，抽水至封底混凝土頂面時(shí)。圖77 工況四4、鋼板樁計(jì)算圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算同9#墩圍堰計(jì)算相似，分為迎河面、順?biāo)婕昂恿鞣较蛐苯粚?duì)圍堰鋼板樁的作用力。迎水面：4.1工況一

37、計(jì)算4.1.1流水壓力計(jì)算根據(jù)計(jì)算公式5.2流水壓力計(jì)算公式得：P=kAv2/2g=1.3×4.2×1×10×32/2/9.81=25 KN4.1.2靜水壓力河床處鋼板樁外側(cè)靜水壓力：P外=h=9.81×4.2=41.2 kpa封底混凝土底面鋼板樁內(nèi)側(cè)靜水壓力：P內(nèi)=h=9.81×10.93=107.22kpa4.1.3土壓力計(jì)算鋼板樁位于卵石層中，卵石層內(nèi)摩擦角為=35°，根據(jù)主動(dòng)和被動(dòng)土壓力系數(shù)計(jì)算公式得：=0.27，=3.69鋼板樁圍堰內(nèi)外水位高程相等，鋼板樁外側(cè)主動(dòng)、被動(dòng)土壓力采用水土分算時(shí)，內(nèi)外靜水壓力相互抵消，僅

38、計(jì)算鋼板樁受到凈主動(dòng)、被動(dòng)土壓力。鋼板樁底部?jī)糁鲃?dòng)土壓力：Pa= Kah-2c(Ka)1/2=0.27×10.8m×（21-9.81）-2×0×0.271/2=32.63kpa鋼板樁底部?jī)舯粍?dòng)土壓力：Pa= Kph-2c(Ka)1/2=3.69×4.07×（21-9.81）-2×0×0.271/2=168.1 kpa封底混凝土基坑底部鋼板樁主動(dòng)土壓力：Pa= Kah-2c(Ka)1/2+whw=0.27×11.19×6.73-2×0×0.271/2=20.33kpa2.1.4

39、主動(dòng)、被動(dòng)土壓力平衡臨界點(diǎn)圖78 鋼板樁圍堰工況一受力圖該工況中，由于鋼板樁入土深度大，對(duì)鋼板樁約束大，可以認(rèn)為樁端固定支撐，假定彎距圖上反彎點(diǎn)的位置在被動(dòng)土壓力與主動(dòng)土壓力相等時(shí)，設(shè)距離河床下距離為y,32.63/10.8×y=168.01/4.07×(y-6.73) y=7.26m4.2工況二工況二時(shí)封底混凝土澆注完成，封底混凝土作為鋼板樁底部?jī)?nèi)支撐，將封底混凝土頂面當(dāng)著支撐點(diǎn)。4.2.1封底混凝土頂面主動(dòng)土壓力Pa= Kah-2c(Ka)1/2+whw=0.27×11.19×(850.8-845.87) -2×0×0.271/2

40、+9.81×(855-845.87)=104.46kpa2.2.2鋼板樁內(nèi)側(cè)水壓力P=whw=9.81×(850.87-845.87)=49.05kpa圖79 鋼板樁圍堰工況二受力圖4.3工況三工況三與工況二鋼板樁外側(cè)主動(dòng)土壓力相同，內(nèi)側(cè)抽水至第三層內(nèi)撐以下0.5m，鋼板狀內(nèi)側(cè)水壓力變化。下面只計(jì)算鋼板狀內(nèi)側(cè)水壓力，作出鋼板樁土壓力受力圖。2.3.1封底混凝土頂水壓力P=whw=9.81×2.2=21.58kpa圖80 鋼板樁圍堰工況三受力圖4.4工況四工況四與工況二、工況三鋼板樁外側(cè)主動(dòng)土壓力相同，內(nèi)側(cè)抽水至封底混凝土頂面，鋼板樁內(nèi)側(cè)無(wú)水壓力。圖81 鋼板樁圍堰

41、工況四受力圖4.5計(jì)算各支撐點(diǎn)的反力、鋼板樁彎矩4.5.1迎水面各工況荷載(1)工況一圖82 工況一受力圖(2)工況二圖83 工況二受力圖 (3)工況三圖84 工況四受力圖 (4)工況四圖85工況四受力圖4.5.2迎水面各工況支點(diǎn)反力圖（1）工況一圖86 工況一反力圖（2）工況二圖87 工況二反力圖（3）工況三圖88 工況三反力圖（4）工況四圖89 工況四反力圖4.5.3迎水面各工況彎矩圖(1)工況一圖90 工況一彎矩圖(2)工況二圖91 工況二彎矩圖(3)工況三圖92 工況三彎矩圖 (4)工況四圖93 工況四彎矩圖4.5.4迎水面各工況剪力(1) 工況一圖94 工況一剪力圖 (2)工況二圖9

42、5 工況二剪力圖 (3)工況三圖96 工況三剪力圖 (4)工況四圖97 工況四剪力圖迎水面各工況下圍檁及鋼板樁受力統(tǒng)計(jì)表工況圍檁受力(KN/m)鋼板樁剪力(KN)鋼板樁彎矩（KN.m）第一層第二層第三層第四層工況一43.655.281.7工況二165.2182.8322.4工況三-15.6291.3186.1181.1工況四49.191.9225.2130.956.94.5.5鋼板樁應(yīng)力計(jì)算通過(guò)以上四種工況計(jì)算，鋼板樁最大剪力186.1KN，最大彎矩322.4KN.m，則鋼板樁的應(yīng)力為：=M/W=322.4KN.m/2270 Cm3=322.4×106/2270×103=1

43、42Mpa<=210 Mpa=186.1KN/(96.99/0.4) Cm2=237.7×103/242.5×102=9.8 Mpa<=120 Mpa4.5.6鋼板樁錨固深度假定鋼板樁錨固點(diǎn)位于反彎點(diǎn)以下距離為y，根據(jù)工礦況一反彎點(diǎn)反力為54KN，鋼板樁錨固點(diǎn)彎矩等于0建立平衡方程。55.2y=（3.69-0.27）×11.19×y×y/2×y/3 解得：y=2.94m為了修正簡(jiǎn)化方法的誤差，將基底以下鋼板樁長(zhǎng)增加20%作為安全錨固長(zhǎng)度，則鋼板樁需要的錨固長(zhǎng)度為：1.2×(0.53+2.94)=4.16m鋼板樁設(shè)

44、計(jì)插打至基底4.07m，錨固長(zhǎng)度小于計(jì)算長(zhǎng)度4.16m，由于此時(shí)為澆筑封底混凝土前的錨固長(zhǎng)度，封底砼澆筑后錨固長(zhǎng)大于4.16m鋼板樁安全。5.順?biāo)驿摪鍢队?jì)算鋼板樁圍堰所受主動(dòng)土壓力與 被動(dòng)土壓力未變化，只是順?biāo)鏌o(wú)流水壓力作用，根據(jù)迎水面主動(dòng)土壓力與 被動(dòng)土壓力作受力計(jì)算。5.1各工況荷載（1）工況一圖98 工況一受力圖（2）工況二圖99 工況二受力圖（3）工況三圖100 工況三受力圖（4）工況四圖101 工況四受力圖5.2各工況反力（1）工況一圖102 工況一反圖（2）工況二圖103 工況二反力圖（3）工況三圖104 工況三反力圖（4）工況四圖105 工況四反力圖5.3各工況彎矩（1）工況

45、一圖106 工況一彎矩圖（2）工況二圖107 工況二彎矩圖（3）工況三圖108 工況三彎矩圖（4）工況四圖109 工況四彎矩圖5.4各工況剪力（1）工況一圖110 工況一剪力圖（2）工況二圖110 工況二剪力圖（3）工況三圖111 工況三剪力圖（4）工況四圖112 工況三剪力圖順?biāo)娓鞴r下圍檁及鋼板樁受力統(tǒng)計(jì)表工況圍檁受力(KN/m)鋼板樁剪力(KN)鋼板樁彎矩（KN.m）第一層第二層第三層第四層工況一18.954.999工況二140.5182.4321.2工況三-39.3290186.1181.3工況四25.490.4225.5131576、圍堰與河流斜交計(jì)算圍堰與河流斜交按45度考慮，根

46、據(jù)力的分配求出作用在圍堰上的流水壓力。F=P流·sin45°=25·sin45°=17.7KN鋼板樁圍堰受的主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力各工況不變的，根據(jù)前面計(jì)算的數(shù)據(jù)作圍堰的受力計(jì)算。6.1各工況荷載（1）工況一圖113 工況一受力圖（2）工況二圖114 工況二受力圖（3）工況三圖115 工況三受力圖（4）工況四圖116 工況四受力圖6.2各工況反力（1）工況一圖117 工況一反力圖（2）工況二圖118 工況二反力圖（3）工況三圖119 工況三反力圖（4）工況四圖120 工況四反力圖6.3各工況彎矩（1）工況一圖121 工況一彎矩圖（2）工況二圖122 工況

47、二彎矩圖（3）工況三圖123 工況三彎矩圖（4）工況四圖124 工況四彎矩圖6.4各工況剪力（1）工況一圖125 工況一剪力圖（2）工況二圖126 工況二剪力圖（3）工況三圖127 工況三剪力圖（4）工況四圖128 工況四剪力圖河流與圍堰斜交各工況下圍檁及鋼板樁受力統(tǒng)計(jì)表工況圍檁受力(KN/m)鋼板樁剪力(KN)鋼板樁彎矩（KN.m）第一層第二層第三層第四層工況一36.454.999.7工況二158182.7322.1工況三-22.5291186.1181.2工況四42.191.5225.3130.956.96.5鋼板樁應(yīng)力計(jì)算通過(guò)以上四種工況計(jì)算，鋼板樁順?biāo)孀畲髲澗?、剪力均小于迎水面的最?/p>

48、彎矩、剪力值，此處不再計(jì)算。7、第一層圍檁受力計(jì)算7.1 迎水面第一層圍檁（1）第一層圍檁荷載圖129 最大荷載布置圖圖130 軸力圖圖131 剪力圖圖132 彎矩圖圖133 位移圖（2）圍堰與河流斜角圖134 最大荷載布置圖圖135 軸力圖圖136 剪力圖圖137 彎矩圖圖138 位移圖第一層圍檁材料及受力如下表： 桿件名稱規(guī)格截面面積(cm2)長(zhǎng)度(m)截面抗彎矩(cm3)軸力(KN)最大彎矩(KN.m)最大剪力(KN)位移（mm）短斜桿630×10194.7784.37900.8長(zhǎng)斜桿630×10194.77811.321199.9橫橋橫撐630×10194

49、.7784.220順橋橫撐630×10194.77820.48803.611圍檁3I56b439.747339.51789.7525.8430.216.5630×10鋼管截面慣性矩：I=93615.534cm4，慣性矩i=(I/A)=21.923cm。短斜桿柔度：=l/i=1×437/21.923=19.93長(zhǎng)斜桿柔度：=l/i=1×1132/21.923=51.64橫橋橫撐柔度：=l/i=1×2048/21.923=93.42查材料的折減系數(shù)，計(jì)算短桿、長(zhǎng)桿、橫橋橫撐折減系數(shù)分別為：0.981、0.911、0.687，分別驗(yàn)算各桿件穩(wěn)定性：短

50、斜桿容許軸力：P=A=0.981×194.778×102×140=2675.1KN>900.8KN滿足穩(wěn)定性要求。長(zhǎng)斜桿容許軸力：P=A=0.911×194.778×102×140=2484.2KN>1199.9KN滿足穩(wěn)定性要求。順橋橫撐容許軸力：P=A=0.687×194.778×102×140=1873.4KN>803.6KN滿足穩(wěn)定性要求。 圍檁3I56b工資鋼驗(yàn)算：彎曲應(yīng)力：=M/W+ P/A =525.8×106/(7339.5×103)+ 1789.7&

51、#215;103/(439.74×102)=112.3Mpa<1.25=145×1.25=181.25Mpa(臨時(shí)性結(jié)構(gòu)時(shí)鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)可取1.25倍)滿足規(guī)范要求。滿足規(guī)范要求。工字鋼剪應(yīng)力：=Q/hd=430.2×103/(3×560×14.5)=17.7Mpa<=85Mpa滿足要求。 7.2第二層圍檁（1）圍堰順橋向面與河流迎水圖139 最大荷載布置圖圖140 軸力圖圖141 剪力圖圖142 彎矩圖 圖143 位移圖（2）斜交圍堰圖144 荷載圖圖145 軸力圖圖146 剪力圖圖147 彎矩圖圖148 位移圖第二層圍檁材料及受力如下表： 桿件名稱規(guī)格截面面積(cm2)長(zhǎng)度(m)截面抗彎矩(cm3)軸力(KN)最大彎矩(KN.m)最大剪力(KN)位移（mm）短斜桿630×10194.7784.371749.5長(zhǎng)斜桿630×10194.77811.321905.4橫橋橫撐630×10194.7784.220順橋橫撐630×10194.77820.481533.94.5圍檁3I56b439.747339.53157.3681.2766.416.5630×10鋼