深水桩基水中墩钢板桩围堰计算书.doc

水中墩钢板桩围堰计算书一、计算原则及部分假定1、6#、7#墩分别进行计算，按分层非匀质土计算土压力。2、各层土均按图纸提供的快剪强度指标和实际层厚采用郎金土压力理论计算土压力，对粘土计入粘聚力的影响，考虑到真粘聚力一般较小，计算取值约为图纸建议值的1/32/3。3、土压采用水、土压力分算法，第7层和第9层土采用水土压力合算法，以上均不考虑渗流效应。4、墙前被动土压力考虑到摩擦力予以提高，修正系数取1.21.6（根据摩阻角值不同取值不同），粘聚力计算部分Kp不予修正。5、板桩及支撑强度采用等值梁法计算，按分层开挖支撑力不变法结合连续梁法计算强度和入土深度，6、入土深度最终取1.2倍计算值。7、计算水位取+2.7m。8、7墩第8层与第9层土均为硬塑粘土，合并为9层计算。二、计算参数的确定1、 水、土压力参数：（参见图1）水、土压力参数（表1）饱和容重浮容重cKaKaKPKP修正K水10土层19.19.114.3100.6040.7772.3181.2871.4土层18.78.727.250.3730.6114.2941.6381.6土层1991800.5283.031.6土层19.19.16.2100.8050.8971.4911.1151.2土层20.116.2200.5640.7512.4821.3321.4土层92015200.5890.7672.3771.3031.42、钢板桩：选用德国拉森IV型钢板桩，桩长22m，重量75/ m，截面模量W=2270cm3，允许应力=180 Mpa。3、 内导梁支撑：选用HPH400400型钢和HPH414405型钢，截面模量W分别为3340cm3和4490cm3，允许应力=180 Mpa，斜撑选用组合截面压杆，根据实际应力确定。三、6墩板桩计算6墩桩顶标高+3.5，入土深度9.4m，设置四层支撑，各支撑中心标高为+2.2m，-0.8m，-3.2m，-5.6m。各层支撑计算时以开挖至下一层支撑以下0.5m计算。板桩主动土压力线及支撑布置见图2 1、单撑状态（见图3）根据图3单撑状态压力图，即当开挖至第二支撑以下70处（1.5m）而未设第二支撑时，土压力强度零点位于第层土内0.85m处，由该受力图按等值梁计算板桩内及第一支撑反力，结果见M图。Mmax=284KN.MR1=102KN=284000/2270=125 MPa 180 2、双撑状态：开挖至R3以下0.5m而R3未安装时，土压力受力图见图4，土压强度零点位于-5.7m处，等值梁长10.5m，内力图见图4。图3Mmax=110KN.MR1=11KN R2=211KN=211000/2270=93MPa 180，可。5、入土深度计算：根据各阶段计算，弯距零点剪力最大接近130KN，由图2实际压力线图，假定净被动土压平衡剪力对D0点的弯距所需的入土深度为X（硬塑层内），求得X=1.7m，而土压力强度零点距基底为u0=3.9 m，故入土深度（取1.2系数）t=1.2t0=1.2(3.9+1.7)=6.7m取7m，所需板桩总长19.6m，采用22m桩满足要求。四、7墩板桩计算采用22 m长板桩，桩顶标高+3.5，入土深度9.4m，设置四层支撑，为方便施工，各支撑中心标高与6#墩相同。板桩主动土压力线及支撑布置见图2 1、单撑状态（见图7）根据图7单撑状态压力图，即当开挖至2.5m而未设第二支撑时，土压力强度零点位于第5层土内0.7m处，等值梁长度5.7m，由该受力图计算板桩内及第一支撑反力，结果见图7。R1=57kN图7Mmax=102kN.m=102000/2037=45 MPa 180 2、双撑状态：开挖至-3.8m而R3未安装时，土压力图见图8，土压强度零点位于-7.3m处，等值梁长10m，内力图见图8。Mmax=181kN.mR1=36kN R2=278kN图8=181000/2037=80MPa 180，可。 3、三撑状态：第三层支撑安装完成且继续开挖至-6.1m处，土压力见图9，土压零点位于第6层土底，等值梁长12.2m，按三跨连续梁计算，内力图见图9。R1=39kN R2=-79kN R3=520kNMmax=324kN.m =143MPa4、四撑状态：图9第四层支撑安装完成且继续开挖至基底设计标高9.1m，土压力见图2，土压零点位于硬塑层土内，等值梁长14.2m，按四跨连续梁计算，受力图见图10。R1=10kN R2=143kN R3=-70kN R4=660kNMmax=361kN.m =159MPa此时反弯点板桩剪力Q=230kN。5、入土深度计算：图10根据各阶段计算，弯矩零点剪力最大为230kN，由图2实际压力线图，假定净被动土压平衡剪力对D0点的弯距所需的入土深度为x（硬塑层内），有：230x+100x2/2+12.1x3/6=161x2/2+47.57x3/6求得x=4.6 m，而土压力强度零点距基底为u0=2.4 m，故入土深度（取1.2系数）t=1.2t0=1.2(2.4+4.6)=8.4m，所需板桩总长21m，采用22m桩满足要求。五、支撑计算：51 计算取值：根据各阶段计算，按支承力不变法取最大值进行杆件强度设计和验算。开挖过程中：R1=102kN R2=278kN R3=520kN R4=661kN成型后： R1=10kN R2=165kN R3=80kN R4=661kN拆除过程中：R1=128kN R2=277kN R3=260kN R4=180kN左半幅第三层、第四层支撑在开挖时及施工中均设顶撑，其余无论开挖和拆除（包括第三层拆除）均不设顶撑，右半幅第一层始终不设顶撑，其余始终设置顶撑。R1、R2、R3分别按130kN/m、300kN/m、600kN/m单排设置并分别进行支撑设计，R4以双排支撑按均布荷载每排350kN/m进行设计。为方便施工，左半幅围堰内部净尺寸采用11.3m8m，长边环撑共四层统一力学模型见图11，右幅围堰内部净尺寸为12.6m8m，第一层长边力学模型如图12，其余长边力学模型见图13，与左幅相比除增设一道顶撑R外，其余支撑间距不变。 图12 左幅3、4层支撑受力图图11 左幅1、2、3层支撑受力图 图14 右幅第2、3、4层支撑受力图图13 右幅1层支撑受力图左幅围堰各道支撑梁内力及支反力计算结果见表2（单位：kN）表2荷载q(kN/m)R1斜撑R2顶撑R3Mmax(kN.m)备 注130(第1层)102580224不设顶撑300(第2层、第3层拆)2361340516不设顶撑600(第3层挖时)67118501260474开挖时加顶撑350(第4层)3911080733277设顶撑右幅围堰各道支撑梁内力及支反力计算结果见表3（单位：kN）表3荷载q(kN/m)R1斜撑R2顶撑R3Mmax(kN.m)备 注130(第1层)57710350不设顶撑300(第2层、第3层拆)324996902270始终设顶撑600(第3层挖时)64719911803539设顶撑350(第4层)37811611052315设顶撑综上，为统一构件受力和尺寸，方便设计和施工，左右幅第一层环梁统一取M=350；第二、三层环梁弯矩分别取516kN.m和539kN.m验算；左右幅第四层环梁均为双排，左幅弯矩277kN.m，右幅弯矩315kN.m。斜撑角度cos=0.753，第一层斜撑取943kN（710/0.753=943）设计，双幅二、四层斜撑和顶撑均采用1780kN（左幅第四层斜撑力1340/0.753=1780）设计，双幅第三层斜撑和顶撑均采用2644kN（1991/0.753=2644）计算， 5.2 环梁设计检算第一层：Mmax=350 kN.m 单排HPH400400型钢 =350000/3340=105 MPa180第二层：Mmax=516 kN.m 单排HPH400400型钢 =516000/3340=154 MPa180第三层：Mmax=539 kN.m 单排HPH400400型钢 =539000/3340=161 MPa左幅第四层：Mmax=277 kN.m 双排HPH400400型钢 =277000/3340=83 MPa180右幅第四层：Mmax=315 kN.m 单排HPH400400型钢 =315000/3340=94 MPa1805.3 斜撑杆设计：第一层斜撑： Rmax= 943 kN，按轴压杆计算，杆长l=4.4m，采用双肢20槽钢，单肢截面积A0=3283mm2，上下加焊460181cm钢板，总面积A=10166, 压杆整体回转半径ry=0.38h=7.6cm，整体长细比y=l/ ry=440/7.6=58查表得1=0.824，则=N/1A=943000/(0.810166)=116Mpa180，满足要求。第二、四层斜撑和顶撑：Rmax=1780 kN，杆长l=4.4m，采用双肢32b槽钢，上下加焊440（顶撑为720）281cm钢板，单肢截面积A0=5490mm2，总面积A=16580 mm2，rx=0.38b=11.4cm，长细比=l/ ry=440/11.4=39查表得1=0.9，则=N/1A=1780000/(0. 916580)=119Mpa180，满足要求。第三层斜撑和顶撑：Rmax=2644 kN杆长l=4.4m，采用双肢36b槽钢，上下加焊460(顶撑为720)321cm钢板，单肢截面积A0=6809mm2，总面积A=20018 mm2，rx=0.38h=12.2cm，长细比=l/ ry=440/12.2=36查表得1=0.9，则=N/1A=2644000/(0.920018)=147Mpa180，满足要求。以上斜撑杆与环梁采用周边围焊满焊，焊缝宽度不小于斜撑杆件腹板厚度，经检算，焊缝强度均不能满足抗剪要求，需采用与斜撑同截面杆件顶撑形成围囹。六、支撑拆除验算：承台施工完成后随即填砂或填土，将承台周边钢板桩间的空间填死，上部留出50cm浇筑C25圈梁，顶部与承台同高。圈梁强度达到80%时可以拆除第四层支撑，余下支撑可将中部顶撑拆除以不妨碍主墩施工。由此，取7#墩土压力线计算拆撑板桩应力及支反力，得板桩最大弯矩值出现在第二层支撑刚拆除完毕时，M=377kN.m，=166MPa。各阶段出现的支反力最大值为R1=128kN，R2=277kN，R3=260kN，R4=180kN，均较开挖安装时计算值为小。但右幅第二层支撑受力较大，须在主墩完成后在右幅围堰长边恢复第二层支撑顶撑杆，回灌水至第三层支撑底部，拆除第三支撑，然后继续回灌，依次拆除第二层、第一层支撑。左幅拆撑时不需设置顶撑。七、结论：通过对LSP-型钢板桩计算和验算，板桩长度22m，坑深12.6m，入土深度9.4m，满足受力及强度要求。支撑采用四层支撑，分别采用20、32b和36b双槽钢组合截面支撑杆，水平导梁用HPH400400型钢，并用短槽钢撑杆将各板桩桩身与导梁连接顶紧保证力的有效传递。在钢板桩上各层支撑位置分别等间距设置34个焊接牛腿支撑架作为导梁承托，多排支撑处必须随挖随撑，不得开挖过深后一次性安装多排支撑。围堰四角处用双层20槽钢将导梁端部焊接连接，所有支撑与导梁连接的节点均采用焊接。经验算，在抽水、开挖过程中及正常支护使用过程中，板桩及支撑系统强度、刚度均满足施工要求但无太大富余，施工中应严格操作，保证安全。因基底砂土层厚度仅4050cm，且板桩插入软、硬塑粘土较深（不透水层），故不作基底抗涌砂稳定验算。