1、浙江省甬臺溫高速公路復線 - 溫州靈昆至閣巷工程第 3 合同段鋼板樁圍堰鋼平臺計算書計算： 復核： 中交第二公路工程局甬臺溫高速復線靈昆 -閣巷段第 3 標段工程部二0六年一月目錄一、工程簡介 0二、計算依據 0三、結構概況 1四、鋼板樁截面特性 3五、地質情況 3六、計算方法 3確定內支撐層數及間距 4本文計算作出如下假設： 4七、施工步驟 5八、各施工工況及內力計算 5工況分析 5鋼板樁驗算 7拉森鋼板樁的最小入土深度計算 16圍囹計算 16封底砼厚度計算 23圍堰整體抗浮驗算 23封底砼強度驗算 24基坑底土抗隆起驗算 25基坑底管涌驗算 26鋼板樁圍堰驗算結論 26歐飛1號高架橋鋼平臺

2、鋼平臺鋼板樁圍堰計算書一、工程簡介甬臺溫高速公路復線-靈昆至閣巷工程第3合同段歐飛1號高架橋，里程范圍為K287+ 075K291+125 全長約 4050m大局部水中墩均需要采用拉森樁圍堰施工系梁，系梁尺寸為xx m xx m系梁最低頂標高為-m,底標高為-m,四面臨水?？紤]架設鋼平臺，在鋼平臺上利用履帶吊 加振動鍾，打入拉森鋼板樁樁進行圍堰支撐。 拉森樁打設完成后，進行圍堰內沖泥挖 土，破除樁頭、進行系梁立柱施工，詳細布置見以下圖:?o-j、計算依據?鋼結構設計標準?(GB50017-2003)?簡明深基坑工程設計施工手冊?建筑樁根底標準?(JGJ94-2022)?簡明施工計算手冊?公路橋

3、涵設計通用標準?(JTG D60-2004)?公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計標準?(JTG D62-2004)?裝配式公路鋼橋多用途使用手冊?甬臺溫高速公路復線溫州靈昆至閣巷段工程第 3合同?兩階段施工圖設計?(第 二冊)甬臺溫高速公路復線溫州靈昆至閣巷段工程第 3合同?施工圖設計階段工程地質勘察報告?；三、結構概況系梁圍堰選用拉森SP-W型鋼板樁施工，并根據墩位處實際地質情況、鋼板樁受 力情況及作業條件選定鋼板樁長度 20m設計選取最低系梁頂標高計算模型，插打時 鋼板樁頂標高為+m底標高為m詳見以下圖：-111d £1 二一二I叫十|_, 181 Lfa££

4、;虬舟吟¥r 皿5«|，產：u"4卄二A鈿了_|口工1-射？1520SP-r» IMt且彳且-11 fJZ啟H妙誕剤Qg- 1 H4nO*2COJth的./角.k + - TH"疋-卜|一50M rntnituL I、JtiTLjtfrW c-u=/- -：- -：；-oguaELrt四、鋼板樁截面特性拉森鋼板樁參數表型號尺寸每塊鋼板樁壁寬每米有效 幅寬wmm有效 高度hmm厚度tmm截面 積2cm截面 二次 力矩4cm截面 系數3cm單位 凈重Kg/m截面積cm2/m截面 二次 力矩 cm/m截面系數cm/m單位凈重Kg/cm2FSP-n40

5、010010.5610153.08740874120FSP-川40012513.076.42222022360.0191.0168001340150FSP-IV40017015.596.99467036276.1242.5386002270190FSP-乂50020024.3133.807960520105.0267.6630003150210五、地質情況根據巖土工程勘察詳勘報告成果，查地質柱狀圖，參考ZK101(k290+826.3)地質情況,從上到下依次為:序號分層代 號巖土名稱內摩擦角°黏聚力kPa重度(KN/m3)層頂標 高層底標 高層厚(m)12淤

6、泥質粉質黏土4.58.00.522粉質黏土10.612.02.532淤泥質黏土16.012.02.542淤泥質黏土3.07.02.053淤泥質黏土2.26.03.0綜合近似計算參數7.79.117.33,黏聚力統一定為9.1KPa。六、計算方法由于鋼板樁圍堰的入土深度較大， 土體對入土局部的圍堰起到了嵌固作用， 此時 圍堰上端受到內撐的支撐作用，下端受到土體的嵌固支承作用。等值梁法計算鋼板樁圍堰為簡化計算，用土壓力等于零點的位置來代替正負彎矩轉折點的位置。計算土壓力強度時，應考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數為平安起見，對主動土壓力那么不予折減，鋼板樁被動土

7、壓力修正系數如 下表：2K p tan (4522)tan(4577)1.31主、被動土壓力系數及被動土壓力修正系數土層名稱KaKp被動土壓力修正系數K淤泥質粘土0.760.871.311.141.6Ka tan2 (45 ) tan 2(45 號)0.76確定內支撐層數及間距按等彎距布置確定各層支撐的間距，這種布置是將支撐布置成使板樁各跨度的最大彎距相等，充分發揮鋼板樁的抗彎強度，可使鋼板樁材料用量最省。根據工程實際 情況，鋼板樁采用拉森W型鋼板樁，厚15.5mm拉森鋼板樁樁長L=20m其根本參數:234,w=2270cm,l=38600cm ,允許應力210MPa， 125MPa。鋼板樁能

8、承受的最大彎距確定板樁頂懸臂端的最大允許跨度h:3 6fw h=rka=3：6 210 105 227017.3 103 0.76=280cm結合實際施工情況，支撐設計見鋼板樁圍堰布置圖。6.3本文計算作出如下假設：(1) 假設計算時取1m寬單位寬度鋼板樁。(2) 因土處于飽和水狀態，為簡化計算且偏平安考慮，不考慮土的粘聚力c=0(3) 彎矩為零的位置約束設置為鉸接，故等值梁相當于一個簡支梁，方便計算。(4) 假設鋼板樁在封底砼面以下1m處固結。(5) 本工程土壓力計算采用不考慮水滲流效應的水土合算法，即在計算土壓力時 將水位以下的土體重度取為飽和重度，水壓力的計算不在單獨計算后疊加。七、施工

9、步驟(1) 在靠近系梁側定位樁上焊接牛腿，安裝插打導向架；(2) 插打鋼板樁至合攏；(3) 圍堰內抽水至1.3m，在標高+1.75m處安裝第一道內支撐； 圍堰內抽水至-1.45m，在標高-1.0m處安裝第二道內支撐； 圍堰內抽水吸泥至-3.75m，在標高-3.3m處安裝第三道內支撐；(5) 吸泥并澆筑封底砼；(6) 待砼到達設計強度后，鑿樁頭，施工系梁；八、各施工工況及內力計算圍堰施工時，按上層支架已經安裝，并抽水或者吸泥至待安裝支撐底標上下 45cm處，計算各支撐在各階段可能出現的最大反力和鋼板樁最大內力。根據施工工序，分為3個工況。工況一：第一道支撐安裝好以后，抽水至-1.45m標高時。工

10、況二：第二道支撐安裝好以后，抽水吸泥至 -3.75m標高時。工況三：第三道支撐安裝好以后，吸泥至-6.4m標高時。工況圖示如下：F -TV w沁-L ?t.：7工況二H40: *£CCE|I肚啞怡115工況三-tL 1.71 TF h4i孔“門if且 一EJQfTHo門送z "空蒼* :窓：沁/：爲:.工況1:第一道內支撐安裝后，抽水至-1.45時，第一層內支撐受力處于最不利 狀態。1計算反彎點位置。假設計算其離基坑底面的距離 y，在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度，即PpPa :主動土壓力：Paw 3.75KaKa y被動土壓力：PPw 0.25KpKKpyw0

11、.25 KpKKpyw 3.75 K aKa yw 3.75 Ka w 0.25 Kp(KKp Ka)10 3.75 0.76 10 0.25 1.3117.3 (1.6 1.31 0.76)作用在鋼板樁處的主動土壓力和靜水壓力:Pa(2.3)0巳(1.75)2wh 10 0.555.5kN/mPa(-1.45)wh 10 3.7537.5kN/m2Pa(-1.7)wh 10 3.7537.5kN/m2河水底面Pa( 1,7)w 3.75 Ka w 0.25 Kp 10 3.75 0.76 10 0.25 1.3125.2kN/m2河床下土層頂部(2)計算結果計算模型：10.50(2丿0.55

12、3(3丿3.20(4丿450.25(5丿1.09工況1 1m寬度范圍鋼板樁有限元模型6工況1 1m寬度范圍鋼板樁剪力圖 Qmax=54.23(kN)X由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為，作用于第一道內支撐的反力為45.89kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm容許應力210MPamaxmax67.35KN m32270cm29.67MPa210MPaQmaxA54.23KN牙 2.24 MPa242.5cm125MPa工況2： m假設計算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度，即PpPa :主動土壓力：Paw 4.0 KaKa ( 2.05y)被動土壓力：PpK

13、KpyKKpyKa(2.05 y)w 4.0 KKa2.05 w4.0 Kay(KKp Ka)17.3 0.76 2.05 10 4.0 0.7617.3 (1.6 1.310.76)作用在鋼板樁處的主動土壓力和靜水壓力:Pa (2.3)0PJ1.75)wh 100.5525.5kN / mPa(1,7)wh 104 40kN/m2河水底面Pa(1,7)w hka10 490.7630.4kN / m 河床下土層頂部Pa(3.75)whk1Ka2.0510 4 0.76 17.3 0.76 2.0557.4kN/m2urn?*IT(2)計算結果計算模型：ulwo4HnuUllUlUiuU!Ul

14、lUllUiiHov0.50(2 )0.557(3 )2.75(4)( 5)0.702.05工況2 1m寬度范圍鋼板樁有限元模型工況2 1m寬度范圍鋼板樁剪力圖 Qmax=192.53(kN)由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為，作用于第一道內支撐的反力為-14.31kN,作用于第二道內支撐的反力為192.53kN。SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm容許應力210MPamaxM max 99.25KN m3W 2270cm210MPaQmax192.53KN2A 242.5cm7.94MPa125MPa工況3： m假設計算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度，即P

15、p Pa:主動土壓力：Paw4.0KaKa(4.7 y)被動土壓力：PPw2.65KpKKpyw2.65KpKKpy 、w 4.0 KaKa(4.7y)Ka4.7w4.0 K aw2.65 Kpy(KKp Ka)17.30.764.710 4.0 0.76102.65 1.31y17.3(1.6 1.31 0.76)作用在鋼板樁處的主動土壓力和靜水壓力:Pa (2.3)0巳(1.75)wh 10 0.555.5kN /m2Pa(1.7)wh 10 4-40kN/m2河水底面Pa(1.7)whka 10 40.7630.4kN/m2河床下土層頂部Pa(3.75)w hkaK a2.0510 4

16、0.76 17.3 0.76 2.0557.35kN /m2Pa(6.4)whkaKa 4.7-w 2.6510 4 0.7617.3 0.76 4.7102.6565.7kN /m2Pa(6.4)whkaKa4.7- w2.65 Kp 10 4 0.7617.3 0.76 4.7102.651.3157.48kN/m2計算模型:iuTt + lllillv III vlllllv III V III V Illi(2( 3 )IJ( 4 )( 5 )O( 6 )( 7 )( 8 )j0.552.750.701.60T0.452.652.49(1 )0.50工況3 1m寬度范圍鋼板樁有限元模型

17、工況3 1m寬度范圍鋼板樁剪力圖 Qmax=305.73(kN)由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為，作用于第一道內支撐的反力為26.81kN,作用于第二道內支撐的反力為-4.01kN,作用于第三道內支撐的反力為 305.73kN。3SP-IV型拉森樁樁截面模量2270cm容許應力210MPamaxmax156.37KN m32270cm68.89MPa210MPa12.61MPa125MPaQmax305.73KN2A 242.5cm鋼板樁內力、應力及內支撐支撐反力表計算工況鋼板樁彎曲應力(MPa)鋼板樁剪應力(MPa)鋼板樁最大彎矩(kN M)第一道內支撐反力(kN)第二道內支撐反力(kN)第三

18、道內支撐反力(kN)工況一-工況二-工況三鋼板樁應力滿足標準要求設拉森鋼板樁的最小入土深度為t，那么t=y+x。x可根據Ro和墻前被動土壓力對板樁底端的力矩相等求得，即R°x12(KKpKa)x24.44m6 75.99r(KKP Ka)17.3 (1.6 1.31 0.76)拉森鋼板樁實際入土深度為t。(1.11.2)t，取 t0t01.2 (4.444.7)10.97m因此拉森鋼板樁的長度L=2.8-6.4+10.97=19.37,施工時選取拉森鋼板樁的長度取20m由上表可知，第一道圍囹最大支撐反力為 45.89KN，第二道圍囹最大支撐反力為 192.53KN,第三道圍囹最大支撐

19、反力為305.73KN.由于支撐結構類型一樣，材質型號 一樣，故只驗算第三道內圍囹。利用Midas Civil建立有限元模型，如圖，在鋼板樁與圈梁相交處下方焊接牛腿 設置豎向約束。將圈梁及內支撐看做四角加有固定鉸支座的整體平面剛架結構。305.7-3057-305.7305773057<731,057-305.7305.7-305.77305.7305.7-305.7'305.73057305.7305.7一305.7叫.7第三道圍囹空間有限元模型一 IgjopqaopQDCi1仏5SEQ】h】ftZ-1.4cn7i-aa33-C7 昕LCII1Z1.raprrwT1Z I 47

20、Ste. £He縣"QGt-S瑪?W17E-0 F - i JHMfc*NWE- 1O&fte 2i23£-(41NOH- 17l_31AE-nO2STt 叭噸L-romii?Mlh 1AMI5M匸mi=j»舊口專盯u圈梁組合變形位移值fmax=0.002m<L/250=0.015m,滿足要求。圈梁組合應力圖7210MPa ,滿足要求Mm©匚4 4*445*-i-D#l32 ；M4珀DE壬M2*i 口 g -43i-a.jmBagqz -a.i-4724-VH-ad3 -4.B4EG£*-i-addMAM J -41hi

21、hi i. 47 整匸 NjTkpTT?!=口 O7N；：1 丿圈梁剪應力圖max 125MPa，滿足要求rtir： Aft -JP4T r?fcH ri|ic«-w3- Z1WT*0POQ gQ葉Q軸S.ZJiDT'r-s-aGS9> LWMs- Mfli£?CKa 斗 Dl»'Memr i®far- hk*"iE£AM DJ LW5»W12 m Us-mi i_KJC7a-b0i4 jrtJJSjfr KJ； JlDfl £!<«-> DSD! .f7> lE&

22、#171;-0i -J.iTtKSriraD'i 丄 ggQg flU-LST：Mlhi - 343WW¥< biEi kti竺歸丿斜撐、平撐組合變形位移值fmax=0.001m<L/250=0.013m,滿足要求。-l.9M4dff»at3 -d.2OH7*aU a.xPDLtwgiji -i .3GriT鼻豪眞*古 -d.E3t3£rflr»aU 1.5?!=* 取* -i*-i-ad1W-E.*«UE-»MAM J 33LFdhi b 4Bsic. kh豊耳 US .譏1Se-uisl n sori斜撐、平撐

23、組合應力圖(7210MPa ,滿足要求斜撐、平撐剪應力圖max 125MPa，滿足要求結論第一、二、三道內撐圈梁和支撐的應力、強度、穩定性滿足要求。封底砼采用C25,施工厚度為1mrn< m 。C25混凝土設計值ftd,考慮為施工階段混凝土的允許彎拉應力取倍平安系數，那么7 =0.85(MPa),鋼與混凝土粘結力：一般取 100-200kN/m2，這里取120 kN/m2;混凝土容重：23kN/卅;封底混凝土所受浮力：F浮 1.0 9.8 77.49 8.7 6606.80KN抗浮力：封底混凝土自重 G 231 77.491782.27KN混凝土與鋼板樁之間摩擦力鋼板樁內周長I (15.

24、2 5.6) 2 1.689 70.26m(每延米拉森樁，與砼接觸面長度1.689m)f 120 70.26 1 8431.2KN1782.27 8431.22035.756606.80樁基與封底混凝土摩阻力 F 120 11.8 3 2035.75KN1.851.05滿足要求。主墩承臺鋼板樁圍堰基坑底的封底砼厚度不僅需要滿足圍堰抗浮穩定要求，還需滿足素砼的強度要求，水下封底采用C25砼。封底砼厚度計算根據?簡明施工計算手冊?：水下封底砼承受的荷載應按施工中最不利的情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰內的水被排干，封底素混凝土將受到可能產生的向上最大水壓力的作用，通常以此荷載即地下水頭浮力減去封底

25、混凝土的重力作為計算值。由于水下封底混凝土質量較 普通混凝土差，并與各樁基連成一個整體，應按簡支支承的雙向板計算，承受均布荷 載時，跨中彎矩M、M可按下式計算：2 2M1 a1 pl1M 2 a2 pl2式中a1、a2 彎矩系數，查?簡明施工計算手冊?中雙向板在均布荷載作用下 內力系數表；p -地下水頭浮力減去封底混凝土的重力形成的荷載 KN/miI1 矩形板的計算跨度取最小跨m 0x 5.6m板計算。pwhw chc 10 8.7 23 1 64KN /m2I1I23.75.60.66查表得，a1=0.0737,a2=0.0276。2 2M1 a1 pl10.073764 3.764.57 KN mM2a2pl； 0.0276 64 3.7224.18KN mbh25.6 1230.933mmaxM max 64.57KN m3W 0.933m0.69MPa0.85MPa滿足要求m時，須驗算坑底的承載力，如承載力缺乏，將導致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起計算參照Prandtl 普朗德爾和Terzaghi太沙基的地基 承載力公式，并將樁墻底面的平面作為極限承載力的基準面， 承載力平安系數的驗算 公式如下：KsNc c Nq t 1.11.2(h t) q式中N、N -按 Prandtl 公式時,Nq2tan tan (45 e/2)Nc (Nq 1)/tan