主墩鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主墩鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主墩鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主墩鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:附件2-1主墩鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)計(jì)算說(shuō)明平臺(tái)結(jié)構(gòu)說(shuō)明本橋單個(gè)過(guò)渡墩樁基總數(shù)為7個(gè)，直徑為2米。鉆孔樁基施工采用3臺(tái)沖擊鉆機(jī)進(jìn)行，由于樁基位于水中，因此首先在河中搭設(shè)好鉆孔作業(yè)平臺(tái)。該平臺(tái)基礎(chǔ)為單排四根φ600×8mm鋼管樁（共計(jì)四排，橫橋向間距米，縱橋向間距米）打入河床砂土層，在鋼管樁高出水面部位用φ299×5mm鋼管作橫向連接，將16跟鋼管樁在兩個(gè)方向上連接成整體，在每排鋼管樁頂橫橋向固定一組貝雷梁（每組兩排），然后在上方縱橋向安放I25b工字鋼并固定牢。詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)鉆孔作業(yè)平臺(tái)圖。計(jì)算結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化說(shuō)明為計(jì)算簡(jiǎn)便同時(shí)又跟本工程施工實(shí)際相符合，對(duì)鋼管樁作業(yè)平臺(tái)的建設(shè)起到指導(dǎo)性的作用，在計(jì)算時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)做出了相應(yīng)簡(jiǎn)化。計(jì)算工況本鉆孔作業(yè)平臺(tái)的作用在于樁基施工時(shí)沖擊鉆機(jī)停放打樁、小型泥漿泵等機(jī)具設(shè)備放置、承臺(tái)施工時(shí)套型模板安裝及澆注承臺(tái)混凝土的模板外側(cè)支撐、澆筑承臺(tái)封底混凝土支架。因此工況分為如下兩個(gè)：平臺(tái)在樁基施工時(shí)的結(jié)構(gòu)受力；平臺(tái)在承臺(tái)施工時(shí)的結(jié)構(gòu)受力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化I25為梁端簡(jiǎn)支梁；貝雷梁計(jì)算采用MIDAS軟件進(jìn)行計(jì)算；計(jì)算時(shí)不考慮鋼管樁樁身傾斜度且所有鋼管樁均為軸心受力；鋼管樁為純摩擦樁基。編制依據(jù)《主墩鉆孔樁工作平臺(tái)施工圖》《公路工程施工計(jì)算手冊(cè)》《鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算手冊(cè)》《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》《結(jié)構(gòu)力學(xué)教材》、《材料力學(xué)教材》荷載計(jì)算樁基施工時(shí)荷載計(jì)算施工機(jī)具設(shè)備荷載在鉆孔樁施工時(shí)平臺(tái)上共計(jì)停放三臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行打樁作業(yè)，鉆機(jī)停放位置為平臺(tái)的對(duì)角上各停放1臺(tái)，每臺(tái)重15噸重，外加小型機(jī)具設(shè)備共計(jì)5噸，故1/9平臺(tái)上方最大外荷載共計(jì)20噸，考慮倍安全系數(shù)，平臺(tái)計(jì)算荷載為24噸。水流對(duì)鋼管樁的沖擊力計(jì)算如下：考慮潮水水流沖擊速度為3米/秒，查《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》得作用在橋墩上的流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：式中：——流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值；——橋墩形狀系數(shù)；圓形為，方形為，矩形為.，圓端形為，尖端形為；——橋墩阻水面積，計(jì)算至一般沖刷線處；由于該處位于海邊，潮水頻發(fā)，故此處偏于安全取樁身最大入水深度10m。——水的重度；——水流速度；則風(fēng)力計(jì)算：平臺(tái)受10級(jí)大風(fēng)荷載作用的情況下，10級(jí)大風(fēng)風(fēng)速為s，換算成風(fēng)壓為m2,平臺(tái)加鋼管樁有效橫截面面積為：12m2，單片貝雷梁有效截面面積為,考慮樁身外露長(zhǎng)度3米。則橫向風(fēng)力計(jì)算如下：N1=×(12+×8)=11KN。船只撞擊力橫橋向取100KN，縱橋向取200KN。承臺(tái)施工時(shí)荷載計(jì)算根據(jù)承臺(tái)施工方案，本施工作業(yè)平臺(tái)在承臺(tái)施工時(shí)主要用于套箱模板安裝和在模板外側(cè)作橫向支撐、承臺(tái)封底混凝土自重。現(xiàn)取以下施工工況分別進(jìn)行計(jì)算。套箱模板安裝時(shí)底板重量和套箱模板重量根據(jù)套箱模板圖紙計(jì)算出底板重量為，20噸，套箱側(cè)模重量60噸。承臺(tái)封底混凝土共計(jì)250方，重量為噸。承臺(tái)封底混凝土澆筑完成后抽出套箱內(nèi)部水，外側(cè)水壓力計(jì)算如下：承臺(tái)施工時(shí)間段預(yù)計(jì)水位為17米。套箱模板高度為4米，頂標(biāo)高為米。查《流體力學(xué)》教材得靜水壓力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：順橋向套箱兩側(cè)水壓差為：=×××14=同理橫橋向套箱兩側(cè)水壓差為：F1=×××12=170KN套箱模板橫橋向水流壓力計(jì)算風(fēng)力計(jì)算套箱模板外露高度為2米，考慮10級(jí)大風(fēng)的橫橋向風(fēng)力為：N2=×12×2=順橋向風(fēng)力為：N3=×14×2=船只撞擊力橫橋向取200KN，順橋向取100KN。樁基施工時(shí)平臺(tái)上部型鋼結(jié)構(gòu)受力計(jì)算I25工字鋼受力計(jì)算根據(jù)鉆機(jī)停放位置和形式，可將荷載平均分布到單根I25工字鋼上，鉆機(jī)下方共計(jì)4根I25工字鋼，因此結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖如下：圖中q=24×÷÷4=mMmax=1/8×ql2=1/8××=·mσmax=Mmax/Wz=×106/422240==××103÷2÷÷10=因此I25b型工字鋼能夠滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)受力要求。貝雷梁受力計(jì)算將上方傳遞下來(lái)的荷載平均分?jǐn)偟絻膳咆惱琢荷希瑒t結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖如下：圖中q=24×÷÷2=m弦桿受力弦桿軸力圖如下：由圖知弦桿最大軸力為<560KN，滿(mǎn)足要求。弦桿彎矩圖如下：由圖知弦桿最大彎矩為·m<·m，滿(mǎn)足要求。豎桿軸力由圖知：豎桿最大軸力為<210KN，滿(mǎn)足要求。斜桿軸力斜桿軸力圖如下：由圖知：斜桿軸力最大為<170KN，滿(mǎn)足要求。因此，貝雷梁結(jié)構(gòu)受力能滿(mǎn)足鉆孔樁作業(yè)施工時(shí)的結(jié)構(gòu)受力要求和施工使用要求。樁基施工時(shí)平臺(tái)樁基承載力計(jì)算鋼管樁樁身承載力計(jì)算樁身豎向承載力計(jì)算此工況下豎向荷載組合為：施工機(jī)具荷載+平臺(tái)自重施工機(jī)具荷載共計(jì)24噸，平臺(tái)自重16噸，考慮由4根鋼管樁平均分擔(dān)，則每根鋼管樁受到壓力為13噸。σ1=F/A=10××103÷（×300××292×292）÷106=樁身長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：iy=（I/A）1/2=××1/2=考慮鋼管樁邊界條件為下端固定，上端自由，故μ=2λy=2L/iy=2×1500/=（考慮河床沖刷2米，樁身自由端長(zhǎng)度取15米）查穩(wěn)定因數(shù)表得：ψ=按照細(xì)長(zhǎng)受壓桿件截面容許應(yīng)力為：[σ]=ψ×σ=×140=>(滿(mǎn)足要求)。樁身橫向承載力計(jì)算此工況下橫向荷載組合為：水流沖擊力+風(fēng)力+船只撞擊力則鋼管樁受到最大橫向荷載在橫橋向方向?yàn)椋篎W+N1+F船橫=+11+100=順橋向方向?yàn)椋篎W+N1+F船順=+11+200=根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，鋼管樁在兩個(gè)方向上橫向受力考慮由4根鋼管樁平均分擔(dān)，則橫向連接鋼管受到最大壓力為÷4=，鋼管樁受到水平力最大值為÷4=將鋼管樁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為為單懸臂梁，則由橫向力引起的鋼管樁身截面最大彎矩為：Mmzx=*14=·mσ2=M/Wz=×106÷÷5963÷8×300=<[σ]=140MPa(滿(mǎn)足要求)。τ2=2F/A=F/πr0δ=×103÷（×296×8）=<[σ]=100MPa(滿(mǎn)足要求)。摩擦樁基承載力計(jì)算樁基豎向承載力計(jì)算查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），鋼管樁的豎向極限承載力可按下式計(jì)算：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+λpqpkAp式中Quk——鋼管樁極限承載力；Qsk——總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qpk——總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u——樁身周長(zhǎng)；qsik——鋼管樁（混凝土預(yù)制樁）側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li——第i層土的厚度；λp——樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，對(duì)于閉口鋼管樁λp=1，對(duì)于敞口鋼管樁按下式取值；當(dāng)hb/d<5時(shí)，λp=d，當(dāng)hb/d≮5時(shí)，λp=qpk——鋼管樁（混凝土預(yù)制樁）樁底土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；hb——樁端進(jìn)入持力層的深度；d——樁的直徑；Ap——樁端截面積。本施工平臺(tái)鋼管樁采用不封端的形式直接由振動(dòng)錘打入土層。鋼管樁入土深度為12米。查本施工便橋處基礎(chǔ)地質(zhì)資料得地表以下25米土層依次為：稍密狀粉細(xì)沙、中密狀礫沙、中密實(shí)狀粉細(xì)沙、中密狀中細(xì)沙、堅(jiān)硬狀粉質(zhì)粘土。土層厚度分別約為：4~6米、0~2米、8~13米、0~3米、5~6米。查土體極限摩阻力表得該類(lèi)土體最小極限摩阻力分別為22KPa、190KPa、42KPa、74KPa、73KPa。因此樁基極限承載力為：Quk=××(22×4+190×0+42×8)=。鋼管樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=2=>130KN.故樁基打入河床以下12米能滿(mǎn)足豎向承載力要求。樁基橫向承載力計(jì)算查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），鋼管樁的水平承載力特征值可按下式計(jì)算：EI——樁身抗彎剛度，對(duì)于鋼筋混凝土樁，EI=，其中I0為樁身?yè)Q算截面慣性矩：圓形截面為I0=W0d0/2；矩形截面為I0=W0b0/2；——樁頂容許水平位移；——樁頂水平位移系數(shù)；——樁的水平變形系數(shù)；按下式計(jì)算：m——樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)；b0——樁身的計(jì)算寬度(m)；圓形樁：當(dāng)直徑d≤1m時(shí)，b0=（+）；當(dāng)直徑d>1m時(shí)，b0=（d+1）；因此b0=（+）=×（×+）=E=×108KN/m2；I=×10-4m4；取=10mm查樁側(cè)土層從上至下水平抗力系數(shù)比例系數(shù)分別為：，，故=（4×+8×6）/12==換算埋深h=×12=，查表==>，因此滿(mǎn)足抗風(fēng)力、洪水沖刷和船只撞擊力的要求。承臺(tái)施工時(shí)平臺(tái)承載力計(jì)算貝雷梁受力計(jì)算在此工況下，貝雷梁上受到φ32精軋螺紋吊桿的壓力作用，該作用力計(jì)算如下：承臺(tái)套箱模板共計(jì)80噸，承臺(tái)封底混凝土重噸，合計(jì)噸。在施工時(shí)每組貝雷梁上方設(shè)吊桿10根，吊桿間距米，則每根吊桿受到拉力為：÷10÷4=噸。每排貝雷梁受到吊桿壓力為噸。結(jié)構(gòu)模型圖如下：弦桿軸力弦桿軸力圖如下：由圖知弦桿最大軸力為<560KN，滿(mǎn)足要求。豎桿軸力由圖知：豎桿最大軸力為207KN<210KN，滿(mǎn)足要求。斜桿軸力斜桿軸力圖如下：由圖知：斜桿軸力最大為<170KN，滿(mǎn)足要求。因此，貝雷梁結(jié)構(gòu)受力能滿(mǎn)足承臺(tái)封底作業(yè)施工時(shí)的結(jié)構(gòu)受力要求和施工使用要求。鋼管樁樁身承載力計(jì)算樁身豎向承載力計(jì)算此工況下最不利豎向荷載組合為：套箱模板重量+底板重量+承臺(tái)封底混凝土自重則鋼管樁受到最大豎向荷載為：G套+G底+G砼=60+20+=噸，根據(jù)此時(shí)結(jié)構(gòu)受力形式，考慮由8根鋼管樁平均分擔(dān)，則每根鋼管樁受到壓力為噸。σ1=F/A=××103÷（×300××292×292）÷106=樁身長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：iy=（I/A）1/2=××1/2=考慮鋼管樁邊界條件為下端固定，上端自由，故μ=2λy=2L/iy=2×1400/=134（考慮河床沖刷1米，樁身自由端長(zhǎng)度取14米）查穩(wěn)定因數(shù)表得：ψ=按照細(xì)長(zhǎng)受壓桿件截面容許應(yīng)力為：[σ]=ψ×σ=×170=>(滿(mǎn)足要求)。樁身橫向承載力計(jì)算此工況下橫向荷載組合為：水流沖擊力+風(fēng)力+船只撞擊力+套箱內(nèi)外水壓力差則鋼管樁受到最大橫向荷載在橫橋向方向?yàn)椋?N2+F船橫+F1=++100+170=順橋向方向?yàn)椋篘3+F船順+F水壓=++200=（順橋向水流沖擊力忽略不計(jì)）根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，鋼管樁在兩個(gè)方向上橫向受力考慮由4根鋼管樁平均分擔(dān)，則橫向連接鋼管受到最大壓力為÷4=，鋼管樁受到水平力最大值為÷4=橫向連接鋼管受到壓應(yīng)力為：σ1=F/A=×103÷[×(2992-2942)]=11MPa<140MPa將鋼管樁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為為單懸臂梁，則由橫向力引起的鋼管樁身截面最大彎矩為：Mmzx=*14=·mσ3=M/Wz=×106÷÷5963÷8×300=81Mpa<[σ]=140MPa(滿(mǎn)足要求)。τ3=2F/A=F/πr0δ=×103÷（×296×8）=<[σ]=100MPa(滿(mǎn)足要求)。摩擦樁基承載力計(jì)算樁基豎向承載力計(jì)算根據(jù)計(jì)算知鋼管樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=2=<904KN,因此在承臺(tái)施工時(shí)需加大鋼管樁的打入深度。現(xiàn)根據(jù)地質(zhì)情況將鋼管樁打深8米，得到鋼管樁的豎向承載力為：Quk=××(22×4+190×0+42×8+74×0+73×8)=。Ra`=Quk/K=2=>904KN。故樁基打入河床以下12+8=20米能滿(mǎn)足豎向承載力要求。樁基橫向承載力計(jì)算結(jié)合計(jì)算結(jié)果查樁側(cè)土層從上至下水平抗力系數(shù)比例系數(shù)分別為：、、10，