1、水中承臺(tái)鋼板樁圍堰方案一、工程概況XXX鐵路東自太原樞紐的榆次站引出，經(jīng)陜西的太原、晉中、呂梁，跨黃河入陜西省榆林市，西進(jìn)入寧夏自治區(qū)吳忠市，在包蘭鐵路黃羊?yàn)痴窘榆壷林行l(wèi)；同時(shí)修建定邊至銀川的聯(lián)絡(luò)線。正線長(zhǎng)約752km， 聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)約192km。XXX黃河特大橋?yàn)槿€重點(diǎn)控制工程的兩橋一隧之一。XXX黃河橋中心里程LDK672+962.76，孔跨布置為（2-32m）+（4-24m）+（38-32m）單線簡(jiǎn)支T梁+（18-48m）單線簡(jiǎn)支箱梁+（13-96m）簡(jiǎn)支鋼桁結(jié)合梁+（5-48m）單線簡(jiǎn)支箱梁+（4-32m）單線簡(jiǎn)支T梁，橋長(zhǎng)3942.08m。橋址位于銀川平原中部，橫跨黃河，河面寬約800

2、米，最大水深5.7米,流速2.0米/秒,設(shè)計(jì)水位1111.68米, 最高通航水位1111.55米, 測(cè)時(shí)水位1110.09米；63#墩-70#墩處在河中，其中63#墩、67#墩-70#墩處在河中，64#墩-66#墩處在河中的沖積漫灘上，地層多為巨厚的粉、細(xì)砂層；承臺(tái)尺寸均為14.6*14.6*6.5米, 底標(biāo)高均為1099.06米, 每個(gè)承臺(tái)下設(shè)16根1.5米鉆孔樁,基礎(chǔ)混凝土均為C30,橋址地質(zhì)柱狀圖如下：二、鋼板樁圍堰方案綜述綜合考慮河中水文特點(diǎn)及地質(zhì)情況，從節(jié)約成本出發(fā)，承臺(tái)基坑施工擬采用鋼板樁圍堰方案。承臺(tái)平面尺寸為14.6m×14.6m，鋼圍堰平面尺寸設(shè)計(jì)為16.8m

3、15;16.8m。方案一：采用2根15米寬0.4m的ISP-鋼板樁接長(zhǎng)至30m，圍堰完成一般沖刷及局部沖刷后，鋼板樁埋入砂層6米，未滿足鋼板樁固結(jié)所需求的入土深度，圍堰外側(cè)設(shè)30根800×10mm、30m長(zhǎng)鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。方案二：主要考慮鋼板樁較長(zhǎng)無(wú)法全部打入砂層中時(shí)，采用2根12米鋼板樁接長(zhǎng)至24m，圍堰完成一般沖刷及局部沖刷后，河床面至鋼板樁圍堰底，采用拋填袋裝碎石埋沒(méi)鋼板樁圍堰，拋填高度為6米，圍堰外側(cè)設(shè)30根800×10mm、30m長(zhǎng)鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。承臺(tái)底至水面鋼板樁長(zhǎng)12.49m,為保證抽水后鋼板樁安全，基坑支撐的施工與

4、基坑內(nèi)水位的下降按“先支撐后降水，分層支撐分層降水”的原則進(jìn)行，結(jié)合實(shí)際，共設(shè)五層支撐圍囹，頂層采用2I40a槽鋼制成，其余每層圍囹采用2I45c工字鋼制成，每層圍囹間隔2.5m。每層圍囹內(nèi)側(cè)采用8根600×10mm鋼管斜支撐，鋼管長(zhǎng)分別為9.5m，4.75m。鋼圍堰及外側(cè)支撐鋼管平面布置圖如下：內(nèi)支撐圍囹平面圖如下：三、方案一情況下鋼板樁圍堰計(jì)算1、鋼板樁沖刷計(jì)算1.1、一般沖刷計(jì)算按公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG C30-2002）64-2簡(jiǎn)化式計(jì)算：式中：橋下一般沖刷后的最大水深(m)；頻率為P%的設(shè)計(jì)流量（/s）；橋下河槽部分通過(guò)的設(shè)計(jì)流量（/s），當(dāng)河槽能擴(kuò)寬至全橋時(shí)取用

5、；天然狀態(tài)下河槽部分設(shè)計(jì)流量（/s）；天然狀態(tài)下橋下河灘部分設(shè)計(jì)流量（/s）；橋長(zhǎng)范圍內(nèi)的河槽寬度(m)，當(dāng)河槽能擴(kuò)寬至全橋時(shí)取用橋孔總長(zhǎng)度；造床流量下的河槽寬度(m)，對(duì)復(fù)式河床可取平攤水位時(shí)的河槽寬度；設(shè)計(jì)水位下，在寬度范圍內(nèi)，橋墩阻水總面積與過(guò)水面積的比值；橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)；河槽最大水深（m）；單寬流量集中系數(shù)，山前變遷、游蕩、寬灘河段當(dāng)>1.8時(shí)，可采用1.8；造床流量下的河槽平均水深（m），對(duì)復(fù)式河床可取平灘水位時(shí)河槽平均水深。帶入下表已知數(shù)據(jù)Qp (m3/s)hcmBz(m)Hz(m)Qt1(m3/s)Qc(m3/s)5750.00 5.70 550.00 3.40 70

6、6.00 5044.00 Bc(m)Bcg(m)阻水面積(m2)總過(guò)水面積(m2)550.00 550.00 0.96 193.8 2875.00 計(jì)算得=8.27m1.2、局部沖刷計(jì)算按公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG C30-2002）65-2簡(jiǎn)化式計(jì)算：當(dāng) 當(dāng)> 式中：橋墩局部沖刷深度（m）；墩形系數(shù)；橋墩計(jì)算寬度（m）；一般沖刷后的最大水深（m）；河床泥沙平均粒徑（mm）；河床顆粒影響系數(shù)；河床泥沙起動(dòng)流速（m/s）；墩前泥沙起動(dòng)流速（m/s）；指數(shù)一般沖刷后墩前行進(jìn)流速（m/s） 式中:河槽平均流速（m/s）；河槽平均水深（m）。代入下表已知數(shù)據(jù)hcmhcB1(m)hp(m)(

7、mm)Vc1.05 5.70 3.40 17 8.27 0.20 2.00 Bz(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計(jì)算得=15.02m。2、封底混凝土計(jì)算2.1、荷載計(jì)算水下封底混凝土承受的荷載應(yīng)按施工中最不利的情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰內(nèi)的水被排干，封底素混凝土將受到可能產(chǎn)生的向上水壓力的作用，現(xiàn)以此荷載（即為水頭高度減去封底混凝土的重量）作為計(jì)算值。采用2m厚C25混凝土封底，取1m寬計(jì)算，水面至承臺(tái)底的高度 h=1111.551099.06=12.49m，

8、混凝土主要受靜水壓力及自重作用。線荷載q =(h+2)×1.024×2×1.0=96.9KN/m2.2、材料力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo) 2.3、力學(xué)模型2.4、承載力計(jì)算采用清華大學(xué)SM Solver 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析： ，合格；，合格。3、圍堰的抗浮穩(wěn)定性計(jì)算圍堰封底后，整個(gè)圍堰受到被排水的向上浮力作用，應(yīng)驗(yàn)算其抗浮系數(shù)K。 K=G/F1式中：G鋼板樁重量（含內(nèi)支撐）+封底混凝土自重+樁基混凝土重量之和+樁基側(cè)摩阻力16根150cm樁基混凝土重量由F，得GF，即K1，則穩(wěn)定性滿足要求。4、鋼板樁計(jì)算4.1、鋼板樁入土深度計(jì)算鋼板樁頂口未加圍囹及對(duì)口支撐時(shí)，僅靠入土深度提供的

9、土壓力維持鋼板樁的穩(wěn)定。、 荷載計(jì)算 a 、土壓力計(jì)算土壓力采用 計(jì)算。 主動(dòng)土壓力系數(shù)，為砂土的內(nèi)摩擦角（）； 被動(dòng)土壓力系數(shù)，； H土層厚度（m）； 土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1。則土壓力計(jì)算分別如下：主動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力系數(shù)主動(dòng)土壓力 被動(dòng)土壓力 b 、動(dòng)水壓力計(jì)算動(dòng)水壓力采用計(jì)算：K，此處取2.0；H水深（m），此處為23.29m；v流速(m/s)，此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為1m；水的容重（）；g重力加速度（）。1m寬范圍內(nèi)的動(dòng)水壓力、 入土深度計(jì)算取1m寬范圍對(duì)B點(diǎn)取矩，令，埋入深度為x米,得帶入荷載解三次方程，經(jīng)試算得：x=7.9m4.2、

10、鋼板樁穩(wěn)定性計(jì)算由于水中沖刷太大，鋼板樁不能滿足固結(jié)條件，如鋼板樁再接長(zhǎng)，其打設(shè)入土困難，并需對(duì)鋼板樁進(jìn)行截?cái)嗵幚恚浣?jīng)濟(jì)上并不可取，對(duì)此，在鋼板樁圍堰外側(cè)設(shè)30根800×10mm、30m長(zhǎng)鋼管樁與圍堰聯(lián)成整體，用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。鋼板樁圍堰處標(biāo)高圖如下：4.2.1.1、荷載計(jì)算鋼板樁受力圖示如下：鋼板樁主要受動(dòng)水壓力P，主動(dòng)土壓力、，被動(dòng)土壓力、，摩擦力、，鋼板樁外設(shè)15排30根800×10mm鋼管樁，鋼管樁給予的總拉力為F， 要使鋼板樁保持穩(wěn)定，各力對(duì)中心線OO求矩，使得，k為安全系數(shù)（），此處取1.8。（1） 動(dòng)水壓力計(jì)算動(dòng)水壓力采用計(jì)算：K，此處取2.0

11、；H水深（m），此處為23.29m；v流速(m/s)，此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為16.8m；水的容重（10）；g重力加速度（10）。動(dòng)水壓力（2） 土壓力計(jì)算 土壓力按如下公式計(jì)算 式中：主動(dòng)土壓力系數(shù)，為砂土的內(nèi)摩擦角（）； 被動(dòng)土壓力系數(shù)，； H土層厚度（m）； B土層寬度（16.8m）； 土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1。則土壓力計(jì)算分別如下： （3） 摩擦力計(jì)算 鋼板樁側(cè)與土的接觸面水平投影長(zhǎng)度L=（96.99/1.55）×（16.8/0.4）=2628cm=26.28m則，（、為土層厚度，為土的極限摩阻力，此處為30kPa。）4.2.1.2

12、、穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)OO求矩得：帶入數(shù)據(jù)得由得：F=758kN4.2.1.3、鋼板樁外鋼管計(jì)算鋼板樁外設(shè)15排30根30m長(zhǎng)800×10mm鋼管樁用于穩(wěn)定圍堰，由于鋼管樁在水中受力較大，為保證鋼管受力穩(wěn)定，需采取使每排兩根鋼管樁形成整體共同受力，具體措施可采用810mm鋼箍套在鋼管樁上，鋼箍橫向采用20a工字鋼焊接牢固，沉入水底，第二道鋼箍上采用2m長(zhǎng)75×10角鋼焊接成豎撐（保證與第一道鋼箍間隔2m），沉入水中，依次下去，共設(shè)置9道鋼箍套于鋼管樁上，以保證兩根鋼管樁形成整體受力。每排鋼管樁頂承受的水平力=F/15=50.6kN。鋼板樁的沖刷對(duì)鋼管樁所處水深產(chǎn)生一定影響，具體影響

13、圖示如下：鋼管樁入水深度（23.29m為鋼板樁入水深度，3m為鋼板樁與鋼管樁的間距。）動(dòng)水壓力采用計(jì)算：K，此處取1.8；h水深（m），此處為18m；v流速(m/s)，此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為0.8m；水的容重（10）；g重力加速度（10）。總動(dòng)水壓力鋼管樁力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo)如下：A=99224W=00I=力學(xué)模型如下： ，合格； 4.2.1.4、鋼管頂支撐計(jì)算鋼管頂與鋼板樁之間采用2根20a槽鋼支撐，槽鋼受力N=50.6kN，合格。四、方案二情況下鋼板樁圍堰計(jì)算考慮方案一采用30m鋼板樁時(shí)，無(wú)法打入，因此方案二采用打入24m鋼板樁，由于局部沖刷深度接近24m鋼板樁底，由于水流

14、速度不斷變化，地質(zhì)條件的差異，因此施工過(guò)程中需對(duì)圍堰沖刷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)沖刷較大，應(yīng)及時(shí)往水中拋填碎石道喳埋沒(méi)鋼板樁圍堰，拋填高度為6米，確保道喳頂面高程為1094.26m,保證鋼板樁外側(cè)有6.21m的入土深度。圍堰外側(cè)設(shè)30根800×10mm、30m長(zhǎng)鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。鋼板樁標(biāo)高圖如下：1、鋼板樁穩(wěn)定計(jì)算1.1、荷載計(jì)算鋼板樁受力圖示如下：鋼板樁主要受動(dòng)水壓力P，主動(dòng)土壓力、，被動(dòng)土壓力、，摩擦力、，鋼板樁外設(shè)15排30根800×10mm鋼管樁，鋼管樁給予的總拉力為F，（1）、動(dòng)水壓力計(jì)算動(dòng)水壓力采用計(jì)算：K，此處取2.0；H水深（17.29m）；

15、v流速(2m/s)；B阻水寬度（16.8m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。動(dòng)水壓力（2）、土壓力計(jì)算 土壓力按如下公式計(jì)算 其中 其中式中：主動(dòng)土壓力系數(shù)， 被動(dòng)土壓力系數(shù)，；為砂土的內(nèi)摩擦角（）； H土層厚度（m）； B土層寬度（16.8m）； 土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1。則土壓力計(jì)算分別如下： （3）、，摩擦力計(jì)算 鋼板樁側(cè)與土的接觸面水平投影長(zhǎng)度L=（96.99/1.55）×（16.8/0.4）=2628cm=26.28m則，1.2、穩(wěn)定性計(jì)算要使鋼板樁保持穩(wěn)定，各力對(duì)中心線OO求矩，使得，k為安全系數(shù)（），此處取1.5。對(duì)OO求矩得：帶入

16、數(shù)據(jù)得由得：F=160.8kN2、鋼板樁外鋼管計(jì)算由于此時(shí)鋼管樁受力小于4.2.1.2中受力，可不必進(jìn)行檢算。五、鋼板樁受力檢算方案一、二中自承臺(tái)底至水面鋼板樁長(zhǎng)12.49m,為保證抽水后鋼板樁安全，基坑支撐的施工與基坑內(nèi)水位的下降按“先支撐后降水，分層支撐分層降水”的原則進(jìn)行，結(jié)合實(shí)際，共設(shè)五層支撐圍囹，每層間隔2.5m，圍囹采用2I45c工字鋼制成。1、鋼板樁計(jì)算1.1、荷載計(jì)算取單塊0.4m寬鋼板樁計(jì)算，主要受動(dòng)水壓力、靜水壓力及鋼管拉力。動(dòng)水壓力產(chǎn)生的線荷載K，此處取2.0；H水深（12.5m）；v流速(2m/s)；B阻水寬度（0.4m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。靜水壓

17、力產(chǎn)生的線荷載 水的容重（10），H水深（12.5m）F=50.6kN1.2、材料力學(xué)性能參數(shù)ISP-型鋼板樁:，1.3、計(jì)算模型1.4、承載力檢算采用清華大學(xué)SM Solver 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析： ，合格；，合格；，合格。2、鋼圍囹受力檢算2.1、荷載計(jì)算最底層圍囹（受力最大）所在水深H=12.5-2.5=10m，圍囹采用2I45c工字鋼制成，承受2.5m高度范圍內(nèi)的鋼板樁傳遞的動(dòng)水壓力及靜水壓力。每層圍囹內(nèi)側(cè)采用8根600×10mm鋼管斜支撐，鋼管長(zhǎng)為9.5m，4.75m。動(dòng)水壓力K，此處取2.0；H水深（10m）；v流速(2m/s)；B阻水寬度（1m）；水的容重（10）；g重力加速度（10）。靜