鄭焦黃河特大橋主橋鋼板樁圍堰計(jì)算

1、鄭焦黃河特大橋主橋鋼板樁圍堰施工設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)計(jì) 算：復(fù) 核：審 核：主橋承臺(tái)鋼板樁圍堰施工計(jì)算一、計(jì)算總說(shuō)明： 鄭焦黃河特大橋主橋承臺(tái)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)時(shí)，圍堰采用拉森型鋼板樁,以下設(shè)計(jì)檢算根據(jù)拉森型板樁參數(shù)、中鐵工程咨詢集團(tuán)公司提供新建鄭州至焦作鐵路工程鄭州黃河大橋施工圖，并參考公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD63-2007）、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）等資料。本計(jì)算書(shū)對(duì)水中中墩圍堰（施工70#、72#、74#、76#、78#墩）、水中邊墩圍堰（施工71#、73#、75#、77#墩）、灘地中墩圍堰（施工68#墩）、灘地邊墩圍堰（施工69#墩）等四種圍堰類型進(jìn)行設(shè)計(jì)、檢算。二、水

2、中中墩圍堰：（一）、計(jì)算參數(shù)： 中墩承臺(tái)分為上下兩層，上層厚度為2.0m，下層厚度為4.5m；上層承臺(tái)平面輪廓尺寸為28.010.0m，下層承臺(tái)平面輪廓尺寸為29.719.1m。下層承臺(tái)頂標(biāo)高：+91.67m。根據(jù)下層承臺(tái)平面尺寸，確定鋼板樁圍堰的內(nèi)部空間平面尺寸為32.021.6m。拉森型板樁參數(shù)如下：I31574cm4 W=2037cm3 （按每延米計(jì)），屈服強(qiáng)度200MPa。板樁長(zhǎng)16米，樁頂標(biāo)高96.00m。圍堰計(jì)算的橋位設(shè)防水位標(biāo)高：+95.50m,水流速度V=3m/s,河床標(biāo)高范圍為90.78m(70#墩)92.69m(74#墩)。地質(zhì)情況：細(xì)砂層。土的重度19KN/m3 ,內(nèi)摩擦

3、角j=35，粘聚力C0KPa（對(duì)圍堰受力計(jì)算有利）。（參照公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范取j角值,經(jīng)驗(yàn)取值）（二）、荷載計(jì)算（土壓力、水壓力）板樁入土深度計(jì)算中，土壓力按朗金理論計(jì)算。主動(dòng)土壓力系數(shù)：Katan2（45- j/2）0.271 tan（45- j/2）0.52057被動(dòng)土壓力系數(shù)：Kptan2（45+ j/2）3.69 tan（45+ j/2）1.921水流力：q流（1.31032）/（210）5.85KN/m2靜水壓力：q水w h水土分算法確定砂土、水的水平荷載及抗力標(biāo)準(zhǔn)值如下：水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：；水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值：；其中f=-w (簡(jiǎn)化)。（三）、封底混凝土計(jì)算由于底層土屬于滲水較小

4、的細(xì)砂層。土圍堰采用排水開(kāi)挖形式，在封混凝土澆注完成后，圍堰內(nèi)側(cè)四角設(shè)置排水設(shè)備，通過(guò)排水減少圍堰外測(cè)與內(nèi)側(cè)水頭差。故不需要計(jì)算封底混凝土所受的水浮力。取封底混凝土厚為1m，則其底部標(biāo)高為：+86.17m。（四）、初步確定內(nèi)支撐的層數(shù)及間距當(dāng)圍堰開(kāi)挖到最底時(shí)，并根據(jù)承臺(tái)位置布置內(nèi)支撐如下： （五）、鋼板抗傾覆穩(wěn)定性檢算計(jì)算工況為第三層內(nèi)支撐安裝完成，開(kāi)挖至封底混凝土底時(shí)。假定鋼板樁在土壓力作用下繞最下層支撐處轉(zhuǎn)動(dòng)，不考慮基坑尺寸的影響。根據(jù)鋼板樁上土壓力分布圖，根據(jù)假定，及圖中幾何關(guān)系，可得：，滿足安全系數(shù)要求。（六）、各工況計(jì)算及結(jié)果（等值梁法）1、工況一： 在板樁插打完成后，安裝第一層內(nèi)支

5、撐及圈梁之前，圍堰內(nèi)先抽水至+94.50m。此工況，在70#墩處鋼板樁受力最不利，受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max73.7MPa，滿足要求；最大擾度r=0.063m6/40=0.15，滿足要求。（彈性地基梁m值法：max88.2MPa；r=0.074m）2、工況二： 在完成第一層內(nèi)支撐及圈梁后，安裝第二層內(nèi)支撐及圈梁之前，圍堰內(nèi)抽水(或開(kāi)挖)至+91.70m。此工況，在70#墩處鋼板樁受力最不利，受力狀況如下： 建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max43.56MPa，滿足要求；最大擾度r=0.004m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力：R1

6、=62.04KN（彈性地基梁m值法：max52.33MPa；r=0.008m；R1=67.98KN）3、工況三： 在完成第二層內(nèi)支撐及圈梁后，將第一層內(nèi)支撐拆除安裝第三層內(nèi)支撐及圈梁之前，圍堰內(nèi)開(kāi)挖至+88.40m。此工況，在74#墩處鋼板樁受力最不利，受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max103.2MPa，滿足要求；最大擾度r=0.012m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力：R2=229.33KN。（彈性地基梁m值法：max80.79MPa；r=0.012m；R2=215.09KN）4、工況四： 在完成第三層內(nèi)支撐及圈梁后，圍堰內(nèi)開(kāi)挖至+86.17m即封底混

7、凝土底。此工況，在74#墩處鋼板樁受力最不利，鋼板樁受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max196.5MPa，滿足要求；最大擾度r=0.021m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力： R3=193.82KN（彈性地基梁m值法：max151.86MPa；r=0.016m；R3=146KN）5、工況五： 在完成封底混凝土施工后，因施工承臺(tái)需要，拆除第三層內(nèi)支撐及圈梁后。此工況，在74#墩處鋼板樁受力最不利，鋼板樁受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max177.1MPa，滿足要求；最大擾度r=0.009m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力

8、： R2=217.80KN（七）、內(nèi)支撐及圈梁計(jì)算：綜合各工況,鋼管樁支反力R1max=62.04KN; R2max=229.33KN; R3max= 193.82KN。設(shè)計(jì)時(shí)各層圈梁可以相互倒用，圈梁的設(shè)計(jì)受力值取1.3倍最大支反力即298.13,取為300KN/m。內(nèi)支撐及圈梁選用材料截面如右：建立模型計(jì)算得：由上可知：圈梁最大應(yīng)力：max186.8MPa,通過(guò)對(duì)局部加強(qiáng)能滿足170MPa的要求。圈梁最大擾度：15mm，1/239，滿足要求。內(nèi)支撐最大應(yīng)力：max134.7MPa170MPa，滿足要求。三、水中邊墩圍堰：（一）、計(jì)算參數(shù)： 邊墩承臺(tái)分為上下兩層，上層厚度為1.0m，下層厚度

9、為4m；上層承臺(tái)平面輪廓尺寸為28.07.0m，下層承臺(tái)平面輪廓尺寸為29.713.8m。下層承臺(tái)頂標(biāo)高：+91.67m。根據(jù)下層承臺(tái)平面尺寸，確定鋼板樁圍堰的內(nèi)部空間平面尺寸為32.016m。拉森型板樁參數(shù)如下：I31574cm4 W=2037cm3 （按每延米計(jì)），屈服強(qiáng)度200MPa。板樁長(zhǎng)16米，樁頂標(biāo)高96.00m。圍堰計(jì)算的橋位設(shè)防水位標(biāo)高：+95.50m,水流速度V=3m/s,河床標(biāo)高范圍為91.99m(75#墩)93.12m(77#墩)。地質(zhì)情況：細(xì)砂層。土的重度19KN/m3 ,內(nèi)摩擦角j=35，粘聚力C0KPa（對(duì)圍堰受力計(jì)算有利）。（參照公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范取j角值

10、,經(jīng)驗(yàn)取值）（二）、荷載計(jì)算（土壓力、水壓力）板樁入土深度計(jì)算中，土壓力按朗金理論計(jì)算。主動(dòng)土壓力系數(shù)：Katan2（45- j/2）0.271 tan（45- j/2）0.52057被動(dòng)土壓力系數(shù)：Kptan2（45+ j/2）3.69 tan（45+ j/2）1.921水流力：q流（1.31032）/（210）5.85KN/m2靜水壓力：q水w h水土分算法確定砂土、水的水平荷載及抗力標(biāo)準(zhǔn)值如下：水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：；水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值：；其中f=-w (簡(jiǎn)化)。（三）、封底混凝土計(jì)算由于底層土屬于滲水較小的細(xì)砂層。土圍堰采用排水開(kāi)挖形式，在封混凝土澆注完成后，圍堰內(nèi)側(cè)四角設(shè)置排水設(shè)備，通過(guò)排水減

11、少圍堰外測(cè)與內(nèi)側(cè)水頭差。故不需要計(jì)算封底混凝土所受的水浮力。取封底混凝土厚為1m，則其底部標(biāo)高為：+86.67m。（四）、初步確定內(nèi)支撐的層數(shù)及間距當(dāng)圍堰開(kāi)挖到最底時(shí)，并根據(jù)承臺(tái)位置布置內(nèi)支撐如下： （五）、鋼板抗傾覆穩(wěn)定性檢算計(jì)算工況為第三層內(nèi)支撐安裝完成，開(kāi)挖至封底混凝土底時(shí)。假定鋼板樁在土壓力作用下繞最下層支撐處轉(zhuǎn)動(dòng)，不考慮基坑尺寸的影響。根據(jù)鋼板樁上土壓力分布圖，根據(jù)假定，及圖中幾何關(guān)系，可得：，滿足安全系數(shù)要求。（六）、各工況計(jì)算及結(jié)果（等值梁法）1、工況一： 在板樁插打完成后，安裝第一層內(nèi)支撐及圈梁之前，圍堰內(nèi)先抽水至+94.50m。此工況，在75#墩處鋼板樁受力最不利，受力狀況如

12、下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max40.78MPa，滿足要求；最大擾度r=0.028m6/40=0.15，滿足要求。（彈性地基梁m值法：max56.42MPa；r=0.038m）2、工況二： 在完成第一層內(nèi)支撐及圈梁后，安裝第二層內(nèi)支撐及圈梁之前，圍堰內(nèi)抽水(或開(kāi)挖)至+91.70m。此工況，在75#墩處鋼板樁受力最不利，受力狀況如下： 建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max27.90MPa，滿足要求；最大擾度r=0.002m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力：R1=48.40KN（彈性地基梁m值法：max36.08MPa；r=0.005m；R1=56

13、.28KN）3、工況三： 在完成第二層內(nèi)支撐及圈梁后，將第一層內(nèi)支撐拆除安裝第三層內(nèi)支撐及圈梁之前，圍堰內(nèi)開(kāi)挖至+88.70m。此工況，在77#墩處鋼板樁受力最不利，受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max91.86MPa，滿足要求；最大擾度r=0.010m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力：R2=221.64KN。（彈性地基梁m值法：max71.32MPa；r=0.010m；R2=208.56KN）4、工況四： 在完成第三層內(nèi)支撐及圈梁后，圍堰內(nèi)開(kāi)挖至+86.67m即封底混凝土底。此工況，在77#墩處鋼板樁受力最不利，鋼板樁受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下

14、： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max160.75MPa，滿足要求；最大擾度r=0.11m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力： R3=178.60KN（彈性地基梁m值法：max116.08MPa；r=0.085m；R3=166.52KN）5、工況五： 在完成封底混凝土施工后，因施工承臺(tái)需要，拆除第三層內(nèi)支撐及圈梁后。此工況，在77#墩處鋼板樁受力最不利，鋼板樁受力狀況如下：建立模型分析，結(jié)果如下： 經(jīng)計(jì)算，板樁最大應(yīng)力max96.73MPa，滿足要求；最大擾度r=0.003m6/40=0.15，滿足要求。內(nèi)支撐反力： R2=186. 03KN（七）、內(nèi)支撐及圈梁計(jì)算：綜合各工況,鋼管樁支反力R1

15、max=48.04KN; R2max=221.64KN; R3max= 178.60KN。設(shè)計(jì)時(shí)各層圈梁可以相互倒用，圈梁的設(shè)計(jì)受力值取1.3倍最大支反力即288.13,取為300KN/m。內(nèi)支撐及圈梁選用材料截面如右：建立模型計(jì)算得：由上可知：圈梁最大應(yīng)力：max173.37MPa,通過(guò)對(duì)局部加強(qiáng)能滿足170MPa的要求。圈梁最大擾度：11mm，1/239，滿足要求。內(nèi)支撐最大應(yīng)力：max147.3MPa170MPa，滿足要求。四、深井降水設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 總涌水量計(jì)算根據(jù)地層水文情況及深井的布置情況，本工程深井為潛水非完整井，由公式：式中：K滲透系數(shù)，依據(jù)地質(zhì)勘探資料，從計(jì)算安全角度考慮取

16、承臺(tái)施工地層均為粉細(xì)砂，由于現(xiàn)有地質(zhì)資料里沒(méi)有給出粉細(xì)砂層的滲透系數(shù)，參考黃河四橋地質(zhì)資料及相關(guān)土質(zhì)書(shū)籍取K15m/d；S水位降低值，由于鋼板樁對(duì)基坑區(qū)域的封閉作用以及實(shí)踐中一些不確定因素的影響，為了達(dá)到理想的降水效果，本工程考慮對(duì)封閉區(qū)域的完全降水，降深取S=10m（實(shí)際達(dá)到8m即可）；l濾水管有效工作部分長(zhǎng)度，取12mH潛水含水層厚度，取60mh潛水含水層厚度與動(dòng)水位以下含水層厚度平均值，r0基坑的假想半徑（以主橋68#墩為例）R降水影響半徑（以主橋68#墩為例）代入上式得：4.2單井干擾出水量計(jì)算單井干擾進(jìn)水量一般計(jì)算公式式中：d過(guò)濾管外徑，取0.35m；與滲透系數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，查表取1.3l過(guò)濾管計(jì)算長(zhǎng)度，取12m。代入上式：4.3 井點(diǎn)數(shù)量及布置所需井點(diǎn)數(shù)量