./附件2-1主墩鉆孔樁作業平臺結構計算書計算說明平臺結構說明本橋單個過渡墩樁基總數為7個,直徑為2米。鉆孔樁基施工采用3臺沖擊鉆機進行,由于樁基位于水中,因此首先在河中搭設好鉆孔作業平臺。該平臺基礎為單排四根φ600×8mm鋼管樁〔共計四排,橫橋向間距4.5米,縱橋向間距4.33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。詳細結構尺寸見鉆孔作業平臺圖。計算結構簡化說明為計算簡便同時又跟本工程施工實際相符合,對鋼管樁作業平臺的建設起到指導性的作用,在計算時對結構做出了相應簡化。計算工況本鉆孔作業平臺的作用在于樁基施工時沖擊鉆機停放打樁、小型泥漿泵等機具設備放置、承臺施工時套型模板安裝及澆注承臺混凝土的模板外側支撐、澆筑承臺封底混凝土支架。因此工況分為如下兩個：平臺在樁基施工時的結構受力；平臺在承臺施工時的結構受力。結構簡化I25為梁端簡支梁；貝雷梁計算采用MIDAS軟件進行計算；計算時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《主墩鉆孔樁工作平臺施工圖》《公路工程施工計算手冊》《鋼結構計算手冊》《公路橋涵施工技術規》《結構力學教材》、《材料力學教材》荷載計算樁基施工時荷載計算施工機具設備荷載在鉆孔樁施工時平臺上共計停放三臺鉆機進行打樁作業,鉆機停放位置為平臺的對角上各停放1臺,每臺重15噸重,外加小型機具設備共計5噸,故1/9平臺上方最大外荷載共計20噸,考慮1.2倍安全系數,平臺計算荷載為24噸。水流對鋼管樁的沖擊力計算如下：考慮潮水水流沖擊速度為3米/秒,查《公路橋涵設計通用規》得作用在橋墩上的流水壓力標準值按下式計算：式中：——流水壓力標準值；——橋墩形狀系數；圓形為0.8,方形為1.5,矩形為1.3.,圓端形為0.6,尖端形為0.7；——橋墩阻水面積,計算至一般沖刷線處；由于該處位于海邊,潮水頻發,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；則風力計算：平臺受10級大風荷載作用的情況下,10級大風風速為28.4m/s,換算成風壓為0.504KN/m2,平臺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1.22m2,考慮樁身外露長度3米。則橫向風力計算如下：N1=0.504×<12+1.22×8>=11KN。船只撞擊力橫橋向取100KN,縱橋向取200KN。承臺施工時荷載計算根據承臺施工方案,本施工作業平臺在承臺施工時主要用于套箱模板安裝和在模板外側作橫向支撐、承臺封底混凝土自重。現取以下施工工況分別進行計算。套箱模板安裝時底板重量和套箱模板重量根據套箱模板圖紙計算出底板重量為,20噸,套箱側模重量60噸。承臺封底混凝土共計250方,重量為643.5噸。承臺封底混凝土澆筑完成后抽出套箱部水,外側水壓力計算如下：承臺施工時間段預計水位為17米。套箱模板高度為4米,頂標高為19.3米。查《流體力學》教材得靜水壓力標準值按下式計算：順橋向套箱兩側水壓差為：=0.5×9.806×1.72×14=198.4KN同理橫橋向套箱兩側水壓差為：F1=0.5×9.806×1.72×12=170KN套箱模板橫橋向水流壓力計算風力計算套箱模板外露高度為2米,考慮10級大風的橫橋向風力為：N2=0.504×12×2=12.1KN順橋向風力為：N3=0.504×14×2=14.1KN船只撞擊力橫橋向取200KN,順橋向取100KN。樁基施工時平臺上部型鋼結構受力計算I25工字鋼受力計算根據鉆機停放位置和形式,可將荷載平均分布到單根I25工字鋼上,鉆機下方共計4根I25工字鋼,因此結構受力簡圖如下：圖中q=24×9.8÷4.33÷4=13.6KN/mMmax=1/8×ql2=1/8×13.6×4.332=31.9KN·mσmax=Mmax/Wz=31.9×106/422240=75.4MPa=13.6×4.33×103÷2÷212.7÷10=13.8MPa因此I25b型工字鋼能夠滿足結構受力要求。貝雷梁受力計算將上方傳遞下來的荷載平均分攤到兩排貝雷梁上,則結構計算模型圖如下：圖中q=24×9.8÷4.85÷2=24.2KN/m弦桿受力弦桿軸力圖如下：由圖知弦桿最大軸力為47.2KN<560KN,滿足要求。弦桿彎矩圖如下：由圖知弦桿最大彎矩為9.6KN·m<21.676KN·m,滿足要求。豎桿軸力由圖知：豎桿最大軸力為68.2KN<210KN,滿足要求。斜桿軸力斜桿軸力圖如下：由圖知：斜桿軸力最大為46.1KN<170KN,滿足要求。因此,貝雷梁結構受力能滿足鉆孔樁作業施工時的結構受力要求和施工使用要求。樁基施工時平臺樁基承載力計算鋼管樁樁身承載力計算樁身豎向承載力計算此工況下豎向荷載組合為：施工機具荷載+平臺自重施工機具荷載共計24噸,平臺自重16噸,考慮由4根鋼管樁平均分擔,則每根鋼管樁受到壓力為13噸。σ1=F/A=10×9.8×103÷〔3.14×300×300-3.14×292×292÷106=6.7Mpa樁身長細比計算：iy=〔I/A1/2=<29.6×0.5×29.6>1/2=20.9考慮鋼管樁邊界條件為下端固定,上端自由,故μ=2λy=2L/iy=2×1500/20.9=143.5〔考慮河床沖刷2米,樁身自由端長度取15米查穩定因數表得：ψ=0.331按照細長受壓桿件截面容許應力為：[σ]=ψ×σ=0.331×140=46.3MPa>6.7MPa<滿足要求>。樁身橫向承載力計算此工況下橫向荷載組合為：水流沖擊力+風力+船只撞擊力則鋼管樁受到最大橫向荷載在橫橋向方向為：FW+N1+F船橫=21.6+11+100=131.6KN順橋向方向為：FW+N1+F船順=21.6+11+200=231.6KN根據結構受力特點,鋼管樁在兩個方向上橫向受力考慮由4根鋼管樁平均分擔,則橫向連接鋼管受到最大壓力為231.6÷4=57.9KN,鋼管樁受到水平力最大值為227.6÷4=57.9KN將鋼管樁結構簡化為為單懸臂梁,則由橫向力引起的鋼管樁身截面最大彎矩為：Mmzx=57.9*14=810.6KN·mσ2=M/Wz=810.6×106÷3.14÷5963÷8×300=45.6Mpa<[σ]=140MPa<滿足要求>。τ2=2F/A=F/πr0δ=57.9×103÷〔3.14×296×8=7.8Mpa<[σ]=100MPa<滿足要求>。摩擦樁基承載力計算樁基豎向承載力計算查《建筑樁基技術規》〔JGJ94-2008,鋼管樁的豎向極限承載力可按下式計算：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+λpqpkAp式中Quk——鋼管樁極限承載力；Qsk——總極限側阻力標準值；Qpk——總極限端阻力標準值；u——樁身周長；qsik——鋼管樁〔混凝土預制樁側第i層土的極限側阻力標準值；li——第i層土的厚度；λp——樁端土塞效應系數,對于閉口鋼管樁λp=1,對于敞口鋼管樁按下式取值；當hb/d<5時,λp=0.16hb/d,當hb/d≮5時,λp=0.8qpk——鋼管樁〔混凝土預制樁樁底土的極限端阻力標準值；hb——樁端進入持力層的深度；d——樁的直徑；Ap——樁端截面積。本施工平臺鋼管樁采用不封端的形式直接由振動錘打入土層。鋼管樁入土深度為12米。查本施工便橋處基礎地質資料得地表以下25米土層依次為：稍密狀粉細沙、中密狀礫沙、中密實狀粉細沙、中密狀中細沙、堅硬狀粉質粘土。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=3.14×0.6×<22×4+190×0+42×8>=798.8KN。鋼管樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=798.8/2=399.4KN>130KN.故樁基打入河床以下12米能滿足豎向承載力要求。樁基橫向承載力計算查《建筑樁基技術規》〔JGJ94-2008,鋼管樁的水平承載力特征值可按下式計算：EI——樁身抗彎剛度,對于鋼筋混凝土樁,EI=0.85EcI0,其中I0為樁身換算截面慣性矩：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；——樁的水平變形系數；按下式計算：m——樁側土水平抗力系數的比例系數；b0——樁身的計算寬度<m>；圓形樁：當直徑d≤1m時,b0=0.9〔1.5d+0.5；當直徑d>1m時,b0=0.9〔d+1；因此b0=0.9〔1.5d+0.5=0.9×〔1.5×0.6+0.5=1.26mE=2.06×108KN/m2；I=8.0675×10-4m4；取=10mm查樁側土層從上至下水平抗力系數比例系數分別為：4.5,6.0,故=〔4×4.5+8×6/12=5.5=0.529換算埋深h=0.529×12=6.35,查表=2.441=75.5KN>57.9KN,因此滿足抗風力、洪水沖刷和船只撞擊力的要求。承臺施工時平臺承載力計算貝雷梁受力計算在此工況下,貝雷梁上受到φ32精軋螺紋吊桿的壓力作用,該作用力計算如下：承臺套箱模板共計80噸,承臺封底混凝土重643.5噸,合計723.5噸。在施工時每組貝雷梁上方設吊桿10根,吊桿間距1.5米,則每根吊桿受到拉力為：723.5÷10÷4=18.9噸。每排貝雷梁受到吊桿壓力為9.45噸。結構模型圖如下：弦桿軸力弦桿軸力圖如下：由圖知弦桿最大軸力為106.7KN<560KN,滿足要求。豎桿軸力由圖知：豎桿最大軸力為207KN<210KN,滿足要求。斜桿軸力斜桿軸力圖如下：由圖知：斜桿軸力最大為118.2KN<170KN,滿足要求。因此,貝雷梁結構受力能滿足承臺封底作業施工時的結構受力要求和施工使用要求。鋼管樁樁身承載力計算樁身豎向承載力計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+643.5=723.5噸,根據此時結構受力形式,考慮由8根鋼管樁平均分擔,則每根鋼管樁受到壓力為90.4噸。σ1=F/A=90.4×9.8×103÷〔3.14×300×300-3.14×292×292÷106=60.7Mpa樁身長細比計算：iy=〔I/A1/2=<29.6×0.5×29.6>1/2=20.9考慮鋼管樁邊界條件為下端固定,上端自由,故μ=2λy=2L/iy=2×1400/20.9=134〔考慮河床沖刷1米,樁身自由端長度取14米查穩定因數表得：ψ=0.373按照細長受壓桿件截面容許應力為：[σ]=ψ×σ=0.373×170=63.4MPa>60.7MPa<滿足要求>。樁身橫向承載力計算此工況下橫向荷載組合為：水流沖擊力+風力+船只撞擊力+套箱外水壓力差則鋼管樁受到最大橫向荷載在橫橋向方向為：+N2+F船橫+F1=64.3+12.1+100+170=346.4KN順橋向方向為：N3+F船順+F水壓=198.4+14.1+200=410.5KN〔順橋向水流沖擊力忽略不計根據結構受力特點,鋼管樁在兩個方向上橫向受力考慮由4根鋼管樁平均分擔,則橫向連接鋼管受到最大壓力為410.5÷4=102.6KN,鋼管樁受到水平力最大值為410.5÷4=102.6KN橫向連接鋼管受到壓應力為：σ1=F/A=102.6×103÷[3.14×<2992-2942>]=11MPa<140MPa將鋼管樁結構簡化為為單懸臂梁,則由橫向力引起的鋼管樁身截面最大彎矩為：Mmzx=102.6*14=1436.4KN·mσ3=M/Wz=1436.4×106÷3.14÷5963÷8×300=81Mpa<[σ]=140MPa<滿足要求>。τ3=2F/A=F/πr0δ=102.6×103÷〔3.14×296×8=13.8Mpa<[σ]=100MPa<滿足要求>。摩擦樁基承載力計算樁基豎向承載力計算根據4.2.1計算知鋼管樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=798.8/2=399.4KN<904KN,因此在承臺施工時需加大鋼管樁的打入深度。現根據地質情況將鋼管樁打深8米,得到鋼管樁的豎向承載力為：Quk=3.14×0.6×<22×4+190×0+42×8+74×0+73×8>=1899.1KN。Ra`=Quk/K=1899.1/2=949.5KN>904KN。故樁基打入河床以下12+8=20米能滿足豎向承載力要求。樁基橫向承載力計算結合4.2.2計算結果查樁側土層從上至下水平抗力系數比例系數分別為：4.5、6.0、10,故=〔4×4.5+8×6+10×8/20=7.3=0.561換算埋