常用结构计算方法汇编之桥梁工程钢板桩围堰计算.pdf

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1、 996 钢板桩围堰钢板桩围堰 钢板桩围堰在桥涵基础施工中被广泛应用，下面结合工程实例论述钢板桩围堰的设计与施工问题。6.1 工程概况 某铁路跨河大桥设计为6孔32m钢筋混凝土箱梁，基础均为钻孔桩基础，承台结构尺寸为10.212.6m。据现场调查，水位为+76.0m，其地层组成：表层细砂，松散，标高+76.5m+75.0m，淤泥质亚粘土，呈流塑状，标高+75.0m+71.0m；粉砂、中砂层，饱和、松散，标高+71.0m+64.0m；下部为燕山晚期二长花岗岩，主要由花岗岩变质而成的混合岩形成，自上到下依次为全风化混合岩、强风化混合岩、弱风化混合岩和微风化混合岩。根据现场水文地质状况和施工单位现有

2、设备情况，采用筑岛打钢板桩围堰，堰内设集水井排水的方法进行施工。6.2 钢板桩围堰布置 钢板桩围堰布置，一般来讲，应根据基础尺寸加堰内作业空间来考虑，同时还应考虑钢板桩的宽度模数。采用钢板桩长度，应根据基础底面标高，经过分析确定，本例采用12m。根据承台设计尺寸和承台底标高，钢板桩围堰布置见图3.6-1。6.5mhd立面示意图2m+76.0+76.5+76.06.5+hd承台底+70.0内支撑岛面钢板桩12m14.4m12m内支撑平面示意图4.7m5m4.7m4.7m2.6m4.7m 图3.6-1 钢板桩围堰立面示意图 6.3 钢板桩围堰验算 6.3.1 计算作用于钢板桩上的压力强度 钢板桩计

3、算简图见图3.6-2，作用于钢板桩上的土压力强度分布见图3.6-3。6.5mhd2m2mq=30kN/m2回填砂淤泥质亚粘土中砂或粉砂1=17.8kN/m3，1=10.5kN/m3h1=1.5m，c1=0，1=282=18.3kN/m32=10.9kN/m3h2=4.0mc2=8kN/m22=333=17.9kN/m33=10.2kN/m3h3=hd mc3=03=300.5m内支撑TcOABCDEGCD45-28/2=3145-28/2=314.5m1.202m3.906m0.5mF 图3.6-2 钢板桩计算简图 100内支撑TcOABCDEGCDF3.218.41 19.248.8221.

4、4523.6514.8024.6337.6744.406.73hd+44.4026.8560.6hd-3.45土压力单位：kN/m2 图3.6-3 作用于钢板桩上的土压力强度及分布图 主动土压力：A点(0=h)：0=aAp B点(5.0=hm)：111 hKpaaB=5.08.17)22845(tan2=oo 21.3=kN/m2 C点(202.1)22845tan(2=oohm)：)(11111hhKpsataCa+=上)702.05.205.08.17()22845(tan2+=oo 41.8=kN/m2)(11111qhhKpsataCa+=下)30702.05.205.08.17()2

5、2845(tan2+=oo 24.19=kN/m2 C点(5.1=hm)：)(111111qhhhKpsataaC+=上)300.15.205.08.17()22845(tan2+=oo 45.21=kN/m2 221111122)(asataaCKcqhhhKp+=下)23345tan(82)300.15.205.08.17()23345(tan2oooo+=82.8=kN/m2 D点(906.3)23345tan(5.6=oohm)：10122221111122)(asatsataDaKcqhhhhKp+=上)23345tan(82)30406.29.200.15.205.08.17()2

6、3345(tan2oooo+=65.23=kN/m2 22221111122)(asatsataDaKchhhhKp+=下)23345tan(82)406.29.200.15.205.08.17()23345(tan2oooo+=80.14=kN/m2 D点(5.5=hm)：22221111122)(asatsataaDKchhhhKp+=上)23345tan(82)49.200.15.205.08.17()23345(tan2oooo+=63.24=kN/m2)(22111113hhhhKpsatsataaD+=下)49.200.15.205.08.17()23045(tan2+=oo 67

7、.37=kN/m2 E点(5.6=hm)：)(3322111113hhhhhKpsatsatsataaE+=)12.2049.200.15.205.08.17()23045(tan2+=oo 40.44=kN/m2 G点(5.6+=dhhm)：)(3322111113hhhhhKpsatsatsataaG+=)1(2.2049.200.15.205.08.17()23045(tan2+=dhoo 40.4473.6+=dhkN/m2 被动土压力：E点(0=h)：0=pEp F点(5.0=hm)：333 hKpppF=5.09.17)23045(tan2+=oo 85.26=kN/m2 G点(d

8、hh=m)：)(333333hhhKpsatppG+=)5.0(2.205.09.17()23045(tan2+=dhoo 45.36.60=dhkN/m2 6.3.2 钢板桩嵌固深度计算 支护结构支点力计算 基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离1ch的计算：102kakppp11=(3.6-1)式中：pa1k 水平荷载标准值(kPa)；pp1k 水平抗力标准值(kPa)；hc1 基坑底面至设定弯矩零点的距离(m)。则：40.4473.645.36.6011+=cchh 得：888.01=chm 支点水平力1cT：1111cpcacchhMMT+=(3.6-2)式中：Tc1 支

9、点水平力(kN/m)；Mac1 基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和对弯矩零点位置处弯矩(kNm/m)；Mpc1 基坑内侧各土层水平荷载标准值的合力之和对弯矩零点位置处弯矩(kNm/m)；+=)35.06888.0(25.021.31acM+6702.0)41.821.32()298.5888.0(2702.0)41.821.3(2+6298.0)45.2124.192()5888.0(2298.0)45.2124.19(2+6406.2)05.2422.92()594.2888.0(2406.2)65.2382.8(2+6594.1)63.2480.142()1888.0(2594.1)6

10、3.2480.14(2 6888.1)40.44888.073.667.372(2+53.401=kNm 6388.0)45.3888.06.6085.262()35.05.0888.0(25.085.2621+=pcM 33.6=kNm 则：49.53888.05.633.653.4011=+=cTkN 嵌固深度设计值dh计算 嵌固深度设计值dh可按下式确定：aGdTcpGMhhTM01)(+0(3.6-3)式中：Th 内支撑支点距基坑底距离，5.4=Thm；嵌固深度的安全系数，取2.1=；0 建筑基坑侧壁重要性系数，一级结构取1.10=，二级结构取0.10=，三级结构取9.00=，本例取1

11、.10=。103+=)35.06(25.021.3daGhM+6702.0)41.821.32()298.5(2702.0)41.821.3(2dh+6298.0)45.2124.192()5(2298.0)45.2124.19(2dh+6406.2)05.2422.92()594.2(2406.2)65.2382.8(2dh+6594.1)63.2480.142()1(2594.1)63.2480.14(2dh 6)1()40.4473.667.372(2+ddhh 4858166.742 46605.22122.2 71.1216666623+=dddhhhkNm 6)5.0()45.36

12、.6085.262()35.05.0(25.085.262+=dddpGhhhM 14375.08625.0725.110.123+=dddhhhkNm/m 以上数据代入得：+1.12.1)5.4(49.5314375.08625.0725.110.123ddddhhhh 0)4858166.742 46605.22122.2 67(1.121666623=+dddhhh 整理得：09750279.083302686.107029.3168.4939999923=dddhhh 解方程得：473.6=dhm 钢板桩总长973.112473.65.6=+=Lm，实际取13=Lm，满足要求!6.3.

13、3 钢板桩强度检算 设距基底以下xm处钢板桩所受弯矩最大，则 当0 x0.5m时+=)5.4(49.5395.8)(3xxxM )4858166.742 46605.22122.2 67(1.121666623+xxx 7808166.3397605.682.2273333333.723=xxx 令0)(=xM，则：097605.8644.4923.19999992=xx 在0，0.5范围内无解，故在边界)(xM取得最大值，经计算当5.0=x时，弯矩最大。即85.721max=MkNm 当x0.5m时+=)5.4(49.5314375.08625.0725.110.1)(23xxxxxM )4

14、858166.742 46605.22122.2 67(1.121666623+xxx 2183166.3511355.68925.23978333333.823=xxx 令0)(=xM，则：011355.6885.47935.262=xx 在(0.5，+)范围内解得：710.22=xm 把710.22=xm代入得 21831667.35710.211355.68710.2925.23710.2978333333.8232max=M 10482.216=kNm 故82.216max=MkNm 采用拉森型钢板桩2200=Wcm3，则：6.981022001082.21636max=WMfN/mm

15、2200=fN/mm2，计算结果表明拉森型钢板桩满足强度要求。6.3.4 钢板桩围堰内部支撑验算 围檩计算 双排I32c围檩计算简图如图3.6-3所示。q=53.49kN/m5m 图3.6-3 围檩强度计算简图 16.1678549.53822max=qlMkNm 双排I32c的截面抵抗矩1520=Wcm3，则：0.1101015201016.16736max=WMN/mm2215=N/mm2，计算结果表明采用双排I32c围檩满足强度要求。5.810434.210210384500049.53538458344=EIqlfmm10500=lfmm，满足要求。300mm钢管的稳定性验算 圆管壁厚

16、12=tmm，直径300=Dmm。310206=EN/mm2，410086.1=Amm2，8410128.1=Imm4 圆管的回转半径9.10110086.110128.148=AIimm 杆的长细比76.1179.10112000=ilyy150=查表得4654.0=圆管在外力73.1332/549.53=NkN作用下，截面应力 5.2610086.14654.01073.13343=ANN/mm2205=N/mm2 即，采用双排钢管支撑满足稳定性要求。6.3.5 基底的隆起验算 采用Prandtl(普朗德尔)公式：qhhcNNhKdcqds+=)(1.2(3.6-4)tan2)245(ta

17、n(eNq+=o(3.6-5)cot)1(=qcNN(3.6-6)401.18)23045(tan()245(tan(30tan2tan2=+=+=ooooeeNq 105139.3030cot)1401.18(cot)1(=oqcNN 15.830)5.65.6(18139.300401.185.618=+=sK1.2，满足规范要求。采用Terzaghi(太沙基)公式：qhhcNNhKdcqds+=)(1.2(3.6-7)2tan)243()245cos(21+=oeNq(3.6-8)cot)1(=qcNN(3.6-9)456.22)23045cos(21)245cos(21230tan)6243(2tan)243(=+=+=ooooeeNq 163.3730cot)1456.22(cot)1(=oqcNN 95.930)5.65.6(18163.370456.225.618=+=sK1.2，满足规范要求。