主墩鉆孔樁作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)驗算

主墩鉆孔樁作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)驗算主墩鉆孔樁作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)驗算主墩鉆孔樁作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)驗算主墩鉆孔樁作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)驗算編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:附件2-1主墩鉆孔樁作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)計算書計算說明平臺結(jié)構(gòu)說明本橋單個過渡墩樁基總數(shù)為7個，直徑為2米。鉆孔樁基施工采用3臺沖擊鉆機進行，由于樁基位于水中，因此首先在河中搭設(shè)好鉆孔作業(yè)平臺。該平臺基礎(chǔ)為單排四根φ600×8mm鋼管樁（共計四排，橫橋向間距米，縱橋向間距米）打入河床砂土層，在鋼管樁高出水面部位用φ299×5mm鋼管作橫向連接，將16跟鋼管樁在兩個方向上連接成整體，在每排鋼管樁頂橫橋向固定一組貝雷梁（每組兩排），然后在上方縱橋向安放I25b工字鋼并固定牢。詳細結(jié)構(gòu)尺寸見鉆孔作業(yè)平臺圖。計算結(jié)構(gòu)簡化說明為計算簡便同時又跟本工程施工實際相符合，對鋼管樁作業(yè)平臺的建設(shè)起到指導性的作用，在計算時對結(jié)構(gòu)做出了相應(yīng)簡化。計算工況本鉆孔作業(yè)平臺的作用在于樁基施工時沖擊鉆機停放打樁、小型泥漿泵等機具設(shè)備放置、承臺施工時套型模板安裝及澆注承臺混凝土的模板外側(cè)支撐、澆筑承臺封底混凝土支架。因此工況分為如下兩個：平臺在樁基施工時的結(jié)構(gòu)受力；平臺在承臺施工時的結(jié)構(gòu)受力。結(jié)構(gòu)簡化I25為梁端簡支梁；貝雷梁計算采用MIDAS軟件進行計算；計算時不考慮鋼管樁樁身傾斜度且所有鋼管樁均為軸心受力；鋼管樁為純摩擦樁基。編制依據(jù)《主墩鉆孔樁工作平臺施工圖》《公路工程施工計算手冊》《鋼結(jié)構(gòu)計算手冊》《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》《結(jié)構(gòu)力學教材》、《材料力學教材》荷載計算樁基施工時荷載計算施工機具設(shè)備荷載在鉆孔樁施工時平臺上共計停放三臺鉆機進行打樁作業(yè)，鉆機停放位置為平臺的對角上各停放1臺，每臺重15噸重，外加小型機具設(shè)備共計5噸，故1/9平臺上方最大外荷載共計20噸，考慮倍安全系數(shù)，平臺計算荷載為24噸。水流對鋼管樁的沖擊力計算如下：考慮潮水水流沖擊速度為3米/秒，查《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》得作用在橋墩上的流水壓力標準值按下式計算：式中：——流水壓力標準值；——橋墩形狀系數(shù)；圓形為，方形為，矩形為.，圓端形為，尖端形為；——橋墩阻水面積，計算至一般沖刷線處；由于該處位于海邊，潮水頻發(fā)，故此處偏于安全取樁身最大入水深度10m?！闹囟?；——水流速度；則風力計算：平臺受10級大風荷載作用的情況下，10級大風風速為s，換算成風壓為m2,平臺加鋼管樁有效橫截面面積為：12m2，單片貝雷梁有效截面面積為,考慮樁身外露長度3米。則橫向風力計算如下：N1=×(12+×8)=11KN。船只撞擊力橫橋向取100KN，縱橋向取200KN。承臺施工時荷載計算根據(jù)承臺施工方案，本施工作業(yè)平臺在承臺施工時主要用于套箱模板安裝和在模板外側(cè)作橫向支撐、承臺封底混凝土自重?，F(xiàn)取以下施工工況分別進行計算。套箱模板安裝時底板重量和套箱模板重量根據(jù)套箱模板圖紙計算出底板重量為，20噸，套箱側(cè)模重量60噸。承臺封底混凝土共計250方，重量為噸。承臺封底混凝土澆筑完成后抽出套箱內(nèi)部水，外側(cè)水壓力計算如下：承臺施工時間段預計水位為17米。套箱模板高度為4米，頂標高為米。查《流體力學》教材得靜水壓力標準值按下式計算：順橋向套箱兩側(cè)水壓差為：=×××14=同理橫橋向套箱兩側(cè)水壓差為：F1=×××12=170KN套箱模板橫橋向水流壓力計算風力計算套箱模板外露高度為2米，考慮10級大風的橫橋向風力為：N2=×12×2=順橋向風力為：N3=×14×2=船只撞擊力橫橋向取200KN，順橋向取100KN。樁基施工時平臺上部型鋼結(jié)構(gòu)受力計算I25工字鋼受力計算根據(jù)鉆機停放位置和形式，可將荷載平均分布到單根I25工字鋼上，鉆機下方共計4根I25工字鋼，因此結(jié)構(gòu)受力簡圖如下：圖中q=24×÷÷4=mMmax=1/8×ql2=1/8××=·mσmax=Mmax/Wz=×106/422240==××103÷2÷÷10=因此I25b型工字鋼能夠滿足結(jié)構(gòu)受力要求。貝雷梁受力計算將上方傳遞下來的荷載平均分攤到兩排貝雷梁上，則結(jié)構(gòu)計算模型圖如下：圖中q=24×÷÷2=m弦桿受力弦桿軸力圖如下：由圖知弦桿最大軸力為<560KN，滿足要求。弦桿彎矩圖如下：由圖知弦桿最大彎矩為·m<·m，滿足要求。豎桿軸力由圖知：豎桿最大軸力為<210KN，滿足要求。斜桿軸力斜桿軸力圖如下：由圖知：斜桿軸力最大為<170KN，滿足要求。因此，貝雷梁結(jié)構(gòu)受力能滿足鉆孔樁作業(yè)施工時的結(jié)構(gòu)受力要求和施工使用要求。樁基施工時平臺樁基承載力計算鋼管樁樁身承載力計算樁身豎向承載力計算此工況下豎向荷載組合為：施工機具荷載+平臺自重施工機具荷載共計24噸，平臺自重16噸，考慮由4根鋼管樁平均分擔，則每根鋼管樁受到壓力為13噸。σ1=F/A=10××103÷（×300××292×292）÷106=樁身長細比計算：iy=（I/A）1/2=××1/2=考慮鋼管樁邊界條件為下端固定，上端自由，故μ=2λy=2L/iy=2×1500/=（考慮河床沖刷2米，樁身自由端長度取15米）查穩(wěn)定因數(shù)表得：ψ=按照細長受壓桿件截面容許應(yīng)力為：[σ]=ψ×σ=×140=>(滿足要求)。樁身橫向承載力計算此工況下橫向荷載組合為：水流沖擊力+風力+船只撞擊力則鋼管樁受到最大橫向荷載在橫橋向方向為：FW+N1+F船橫=+11+100=順橋向方向為：FW+N1+F船順=+11+200=根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點，鋼管樁在兩個方向上橫向受力考慮由4根鋼管樁平均分擔，則橫向連接鋼管受到最大壓力為÷4=，鋼管樁受到水平力最大值為÷4=將鋼管樁結(jié)構(gòu)簡化為為單懸臂梁，則由橫向力引起的鋼管樁身截面最大彎矩為：Mmzx=*14=·mσ2=M/Wz=×106÷÷5963÷8×300=<[σ]=140MPa(滿足要求)。τ2=2F/A=F/πr0δ=×103÷（×296×8）=<[σ]=100MPa(滿足要求)。摩擦樁基承載力計算樁基豎向承載力計算查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），鋼管樁的豎向極限承載力可按下式計算：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+λpqpkAp式中Quk——鋼管樁極限承載力；Qsk——總極限側(cè)阻力標準值；Qpk——總極限端阻力標準值；u——樁身周長；qsik——鋼管樁（混凝土預制樁）側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值；li——第i層土的厚度；λp——樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，對于閉口鋼管樁λp=1，對于敞口鋼管樁按下式取值；當hb/d<5時，λp=d，當hb/d≮5時，λp=qpk——鋼管樁（混凝土預制樁）樁底土的極限端阻力標準值；hb——樁端進入持力層的深度；d——樁的直徑；Ap——樁端截面積。本施工平臺鋼管樁采用不封端的形式直接由振動錘打入土層。鋼管樁入土深度為12米。查本施工便橋處基礎(chǔ)地質(zhì)資料得地表以下25米土層依次為：稍密狀粉細沙、中密狀礫沙、中密實狀粉細沙、中密狀中細沙、堅硬狀粉質(zhì)粘土。土層厚度分別約為：4~6米、0~2米、8~13米、0~3米、5~6米。查土體極限摩阻力表得該類土體最小極限摩阻力分別為22KPa、190KPa、42KPa、74KPa、73KPa。因此樁基極限承載力為：Quk=××(22×4+190×0+42×8)=。鋼管樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=2=>130KN.故樁基打入河床以下12米能滿足豎向承載力要求。樁基橫向承載力計算查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），鋼管樁的水平承載力特征值可按下式計算：EI——樁身抗彎剛度，對于鋼筋混凝土樁，EI=，其中I0為樁身換算截面慣性矩：圓形截面為I0=W0d0/2；矩形截面為I0=W0b0/2；——樁頂容許水平位移；——樁頂水平位移系數(shù)；——樁的水平變形系數(shù)；按下式計算：m——樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)；b0——樁身的計算寬度(m)；圓形樁：當直徑d≤1m時，b0=（+）；當直徑d>1m時，b0=（d+1）；因此b0=（+）=×（×+）=E=×108KN/m2；I=×10-4m4；取=10mm查樁側(cè)土層從上至下水平抗力系數(shù)比例系數(shù)分別為：，，故=（4×+8×6）/12==換算埋深h=×12=，查表==>，因此滿足抗風力、洪水沖刷和船只撞擊力的要求。承臺施工時平臺承載力計算貝雷梁受力計算在此工況下，貝雷梁上受到φ32精軋螺紋吊桿的壓力作用，該作用力計算如下：承臺套箱模板共計80噸，承臺封底混凝土重噸，合計噸。在施工時每組貝雷梁上方設(shè)吊桿10根，吊桿間距米，則每根吊桿受到拉力為：÷10÷4=噸。每排貝雷梁受到吊桿壓力為噸。結(jié)構(gòu)模型圖如下：弦桿軸力弦桿軸力圖如下：由圖知弦桿最大軸力為<560KN，滿足要求。豎桿軸力由圖知：豎桿最大軸力為207KN<210KN，滿足要求。斜桿軸力斜桿軸力圖如下：由圖知：斜桿軸力最大為<170KN，滿足要求。因此，貝雷梁結(jié)構(gòu)受力能滿足承臺封底作業(yè)施工時的結(jié)構(gòu)受力要求和施工使用要求。鋼管樁樁身承載力計算樁身豎向承載力計算此工況下最不利豎向荷載組合為：套箱模板重量+底板重量+承臺封底混凝土自重則鋼管樁受到最大豎向荷載為：G套+G底+G砼=60+20+=噸，根據(jù)此時結(jié)構(gòu)受力形式，考慮由8根鋼管樁平均分擔，則每根鋼管樁受到壓力為噸。σ1=F/A=××103÷（×300××292×292）÷106=樁身長細比計算：iy=（I/A）1/2=××1/2=考慮鋼管樁邊界條件為下端固定，上端自由，故μ=2λy=2L/iy=2×1400/=134（考慮河床沖刷1米，樁身自由端長度取14米）查穩(wěn)定因數(shù)表得：ψ=按照細長受壓桿件截面容許應(yīng)力為：[σ]=ψ×σ=×170=>(滿足要求)。樁身橫向承載力計算此工況下橫向荷載組合為：水流沖擊力+風力+船只撞擊力+套箱內(nèi)外水壓力差則鋼管樁受到最大橫向荷載在橫橋向方向為：+N2+F船橫+F1=++100+170=順橋向方向為：N3+F船順+F水壓=++200=（順橋向水流沖擊力忽略不計）根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點，鋼管樁在兩個方向上橫向受力考慮由4根鋼管樁平均分擔，則橫向連接鋼管受到最大壓力為÷4=，鋼管樁受到水平力最大值為÷4=橫向連接鋼管受到壓應(yīng)力為：σ1=F/A=×103÷[×(2992-2942)]=11MPa<140MPa將鋼管樁結(jié)構(gòu)簡化為為單懸臂梁，則由橫向力引起的鋼管樁身截面最大彎矩為：Mmzx=*14=·mσ3=M/Wz=×106÷÷5963÷8×300=81Mpa<[σ]=140MPa(滿足要求)。τ3=2F/A=F/πr0δ=×103÷（×296×8）=<[σ]=100MPa(滿足要求)。摩擦樁基承載力計算樁基豎向承載力計算根據(jù)計算知鋼管樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=2=<904KN,因此在承臺施工時需加大鋼管樁的打入深度。現(xiàn)根據(jù)地質(zhì)情況將鋼管樁打深8米，得到鋼管樁的豎向承載力為：Quk=××(22×4+190×0+42×8+74×0+73×8)=。Ra`=Quk/K=2=>904KN。故樁基打入河床以下12+8=20米能滿足豎向承載力要求。樁基橫向承載力計算結(jié)合計算結(jié)果查樁側(cè)土層從上至下水平抗力系數(shù)比例系數(shù)分別為：、、10，