某黄河特大桥水中承台钢板桩围堰方案计算书secret.doc

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1、水中承台钢板桩围堰方案一、工程概况XXX铁路东自太原枢纽的榆次站引出，经陕西的太原、晋中、吕梁，跨黄河入陕西省榆林市，西进入宁夏自治区吴忠市，在包兰铁路黄羊湾站接轨至中卫；同时修建定边至银川的联络线。正线长约752km， 联络线长约192km。XXX黄河特大桥为全线重点控制工程的两桥一隧之一。XXX黄河桥中心里程LDK672+962.76，孔跨布置为（2-32m）+（4-24m）+（38-32m）单线简支T梁+（18-48m）单线简支箱梁+（13-96m）简支钢桁结合梁+（5-48m）单线简支箱梁+（4-32m）单线简支T梁，桥长3942.08m。桥址位于银川平原中部，横跨黄河，河面宽约800

2、米，最大水深5.7米,流速2.0米/秒,设计水位1111.68米, 最高通航水位1111.55米, 测时水位1110.09米；63#墩-70#墩处在河中，其中63#墩、67#墩-70#墩处在河中，64#墩-66#墩处在河中的冲积漫滩上，地层多为巨厚的粉、细砂层；承台尺寸均为14.6*14.6*6.5米, 底标高均为1099.06米, 每个承台下设16根1.5米钻孔桩,基础混凝土均为C30,桥址地质柱状图如下：二、钢板桩围堰方案综述综合考虑河中水文特点及地质情况，从节约成本出发，承台基坑施工拟采用钢板桩围堰方案。承台平面尺寸为14.6m14.6m，钢围堰平面尺寸设计为16.8m16.8m。方案一

3、：采用2根15米宽0.4m的ISP-钢板桩接长至30m，围堰完成一般冲刷及局部冲刷后，钢板桩埋入砂层6米，未满足钢板桩固结所需求的入土深度，围堰外侧设30根80010mm、30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。方案二：主要考虑钢板桩较长无法全部打入砂层中时，采用2根12米钢板桩接长至24m，围堰完成一般冲刷及局部冲刷后，河床面至钢板桩围堰底，采用抛填袋装碎石埋没钢板桩围堰，抛填高度为6米，围堰外侧设30根80010mm、30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。承台底至水面钢板桩长12.49m,为保证抽水后钢板桩安全，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降

4、水”的原则进行，结合实际，共设五层支撑围囹，顶层采用2I40a槽钢制成，其余每层围囹采用2I45c工字钢制成，每层围囹间隔2.5m。每层围囹内侧采用8根60010mm钢管斜支撑，钢管长分别为9.5m，4.75m。钢围堰及外侧支撑钢管平面布置图如下：内支撑围囹平面图如下：三、方案一情况下钢板桩围堰计算1、钢板桩冲刷计算1.1、一般冲刷计算按公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）64-2简化式计算：式中：桥下一般冲刷后的最大水深(m)；频率为P%的设计流量（/s）；桥下河槽部分通过的设计流量（/s），当河槽能扩宽至全桥时取用；天然状态下河槽部分设计流量（/s）；天然状态下桥下河滩部分

5、设计流量（/s）；桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平摊水位时的河槽宽度；设计水位下，在宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；桥墩水流侧向压缩系数；河槽最大水深（m）；单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当1.8时，可采用1.8；造床流量下的河槽平均水深（m），对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。带入下表已知数据Qp (m3/s)hcmBz(m)Hz(m)Qt1(m3/s)Qc(m3/s)5750.00 5.70 550.00 3.40 706.00 5044.00 Bc(m)Bcg(m)阻水面积(m2)总过

6、水面积(m2)550.00 550.00 0.96 193.8 2875.00 计算得=8.27m1.2、局部冲刷计算按公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）65-2简化式计算：当 当 式中：桥墩局部冲刷深度（m）；墩形系数；桥墩计算宽度（m）；一般冲刷后的最大水深（m）；河床泥沙平均粒径（mm）；河床颗粒影响系数；河床泥沙起动流速（m/s）；墩前泥沙起动流速（m/s）；指数一般冲刷后墩前行进流速（m/s）式中:河槽平均流速（m/s）；河槽平均水深（m）。代入下表已知数据hcmhcB1(m)hp(m)(mm)Vc1.05 5.70 3.40 17 8.27 0.20 2.00 B

7、z(m)Hz(m)Q2(m3/s)Qc(m3/s)Bc(m)Bcg(m)550.00 3.40 5044.00 5044.00 550.00 550.00 0.96计算得=15.02m。2、封底混凝土计算2.1、荷载计算水下封底混凝土承受的荷载应按施工中最不利的情况考虑，即在围堰封底以后，围堰内的水被排干，封底素混凝土将受到可能产生的向上水压力的作用，现以此荷载（即为水头高度减去封底混凝土的重量）作为计算值。采用2m厚C25混凝土封底，取1m宽计算，水面至承台底的高度 h=1111.551099.06=12.49m，混凝土主要受静水压力及自重作用。线荷载q =(h+2)1.02421.0=96

8、.9KN/m2.2、材料力学性能参数及指标2.3、力学模型2.4、承载力计算采用清华大学SM Solver 进行结构分析： ，合格；，合格。3、围堰的抗浮稳定性计算围堰封底后，整个围堰受到被排水的向上浮力作用，应验算其抗浮系数K。 K=G/F1式中：G钢板桩重量（含内支撑）+封底混凝土自重+桩基混凝土重量之和+桩基侧摩阻力16根150cm桩基混凝土重量由F，得GF，即K1，则稳定性满足要求。4、钢板桩计算4.1、钢板桩入土深度计算钢板桩顶口未加围囹及对口支撑时，仅靠入土深度提供的土压力维持钢板桩的稳定。、 荷载计算 a 、土压力计算土压力采用 计算。 主动土压力系数，为砂土的内摩擦角（）； 被

9、动土压力系数，； H土层厚度（m）； 土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重10.1。则土压力计算分别如下：主动土压力系数被动土压力系数主动土压力 被动土压力 b 、动水压力计算动水压力采用计算：K1.8-2.0，此处取2.0；H水深（m），此处为23.29m；v流速(m/s)，此处为2m/s；B阻水宽度（m），此处为1m；水的容重（）；g重力加速度（）。1m宽范围内的动水压力、 入土深度计算取1m宽范围对B点取矩，令，埋入深度为x米,得带入荷载解三次方程，经试算得：x=7.9m4.2、钢板桩稳定性计算由于水中冲刷太大，钢板桩不能满足固结条件，如钢板桩再接长，其打设入土困难，并需对钢板桩

10、进行截断处理，其经济上并不可取，对此，在钢板桩围堰外侧设30根80010mm、30m长钢管桩与围堰联成整体，用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。钢板桩围堰处标高图如下：4.2.1.1、荷载计算钢板桩受力图示如下：钢板桩主要受动水压力P，主动土压力、，被动土压力、，摩擦力、，钢板桩外设15排30根80010mm钢管桩，钢管桩给予的总拉力为F， 要使钢板桩保持稳定，各力对中心线OO求矩，使得，k为安全系数（1.5-2.0），此处取1.8。（1） 动水压力计算动水压力采用计算：K1.8-2.0，此处取2.0；H水深（m），此处为23.29m；v流速(m/s)，此处为2m/s；B阻水宽度（m），此处为16

11、.8m；水的容重（10）；g重力加速度（10）。动水压力（2） 土压力计算 土压力按如下公式计算式中：主动土压力系数，为砂土的内摩擦角（）； 被动土压力系数，； H土层厚度（m）； B土层宽度（16.8m）； 土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重10.1。则土压力计算分别如下：（3） 摩擦力计算 钢板桩侧与土的接触面水平投影长度L=（96.99/1.55）（16.8/0.4）=2628cm=26.28m则，（、为土层厚度，为土的极限摩阻力，此处为30kPa。）4.2.1.2、稳定性计算对OO求矩得：带入数据得由得：F=758kN4.2.1.3、钢板桩外钢管计算钢板桩外设15排30根30

12、m长80010mm钢管桩用于稳定围堰，由于钢管桩在水中受力较大，为保证钢管受力稳定，需采取使每排两根钢管桩形成整体共同受力，具体措施可采用810mm钢箍套在钢管桩上，钢箍横向采用20a工字钢焊接牢固，沉入水底，第二道钢箍上采用2m长7510角钢焊接成竖撑（保证与第一道钢箍间隔2m），沉入水中，依次下去，共设置9道钢箍套于钢管桩上，以保证两根钢管桩形成整体受力。每排钢管桩顶承受的水平力=F/15=50.6kN。钢板桩的冲刷对钢管桩所处水深产生一定影响，具体影响图示如下：钢管桩入水深度（23.29m为钢板桩入水深度，3m为钢板桩与钢管桩的间距。）动水压力采用计算：K1.8-2.0，此处取1.8；h

13、水深（m），此处为18m；v流速(m/s)，此处为2m/s；B阻水宽度（m），此处为0.8m；水的容重（10）；g重力加速度（10）。总动水压力钢管桩力学性能参数及指标如下：A=99224W=00I=力学模型如下： ，合格；4.2.1.4、钢管顶支撑计算钢管顶与钢板桩之间采用2根20a槽钢支撑，槽钢受力N=50.6kN，合格。四、方案二情况下钢板桩围堰计算考虑方案一采用30m钢板桩时，无法打入，因此方案二采用打入24m钢板桩，由于局部冲刷深度接近24m钢板桩底，由于水流速度不断变化，地质条件的差异，因此施工过程中需对围堰冲刷情况进行监测，如发现冲刷较大，应及时往水中抛填碎石道喳埋没钢板桩围堰，

14、抛填高度为6米，确保道喳顶面高程为1094.26m,保证钢板桩外侧有6.21m的入土深度。围堰外侧设30根80010mm、30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。钢板桩标高图如下：1、钢板桩稳定计算1.1、荷载计算钢板桩受力图示如下：钢板桩主要受动水压力P，主动土压力、，被动土压力、，摩擦力、，钢板桩外设15排30根80010mm钢管桩，钢管桩给予的总拉力为F，（1）、动水压力计算动水压力采用计算：K1.8-2.0，此处取2.0；H水深（17.29m）；v流速(2m/s)；B阻水宽度（16.8m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。动水压力（2）、土压力计算 土压力按如下公式计算

15、其中 其中式中：主动土压力系数， 被动土压力系数，；为砂土的内摩擦角（）； H土层厚度（m）； B土层宽度（16.8m）； 土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重10.1。则土压力计算分别如下：（3）、，摩擦力计算 钢板桩侧与土的接触面水平投影长度L=（96.99/1.55）（16.8/0.4）=2628cm=26.28m则，1.2、稳定性计算要使钢板桩保持稳定，各力对中心线OO求矩，使得，k为安全系数（1.5-2.0），此处取1.5。对OO求矩得：带入数据得由得：F=160.8kN2、钢板桩外钢管计算由于此时钢管桩受力小于4.2.1.2中受力，可不必进行检算。五、钢板桩受力检算方案一、

16、二中自承台底至水面钢板桩长12.49m,为保证抽水后钢板桩安全，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，结合实际，共设五层支撑围囹，每层间隔2.5m，围囹采用2I45c工字钢制成。1、钢板桩计算1.1、荷载计算取单块0.4m宽钢板桩计算，主要受动水压力、静水压力及钢管拉力。动水压力产生的线荷载K1.8-2.0，此处取2.0；H水深（12.5m）；v流速(2m/s)；B阻水宽度（0.4m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。静水压力产生的线荷载 水的容重（10），H水深（12.5m）F=50.6kN1.2、材料力学性能参数ISP-型钢板桩:1.3、计

17、算模型1.4、承载力检算采用清华大学SM Solver 进行结构分析：，合格；，合格；，合格。2、钢围囹受力检算2.1、荷载计算最底层围囹（受力最大）所在水深H=12.5-2.5=10m，围囹采用2I45c工字钢制成，承受2.5m高度范围内的钢板桩传递的动水压力及静水压力。每层围囹内侧采用8根60010mm钢管斜支撑，钢管长为9.5m，4.75m。动水压力K1.8-2.0，此处取2.0；H水深（10m）；v流速(2m/s)；B阻水宽度（1m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。静水压力 水的容重（10），H水深（10m）2.2、材料力学性能参数I45c工字钢2.3、力学模型2.4、承载力检算采用清华大学SM Solver 进行结构分析：斜撑处最大支反力，合格；，合格；，合格。3、斜撑钢管检算60010mm钢管力学性能参数：钢管主要受轴力N及自重q强度计算：，合格。稳定性计算：。按b类截面查稳定系数为。，合格。4、斜撑钢管焊缝计算焊缝受轴心压力N和平行于焊缝方向的剪力V，大小等于7.4节中采用16mm厚垫板置于工字钢及钢管之间进行焊接。计算焊脚尺寸：因，所以可选择焊脚尺寸焊脚长度 ，合格。