新建铁路跨河特大桥18#墩钢板桩围堰设计计算书.docx
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新建铁路跨河特大桥18#墩钢板桩围堰设计计算书.docx
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新建铁路跨河特大桥18#墩钢板桩围堰设计计算书
新建铁路跨河特大桥18#墩
钢板桩围堰设计
计
算
书
集团股份有限公司铁路项目经理部
二O一年月
编制:
校核:
审核:
目录
一、工程概述5
二、设计依据5
1、设计规范5
2、地质条件5
3、水文5
4、地面标高6
三、结构布置及材料特性6
1、结构布置图6
2、材料特性6
3、嵌固点计算6
四、荷载分析7
1、主动土压力及静水压力计算7
2、被动土压力计算7
五、工况分析8
六、钢板桩结构验算8
1、容许应力8
2、边界条件8
3、计算结果8
七、围囹结构验算8
1、第六层围囹9
2、第四、五层围囹9
3、第三层围囹10
4、第一、二层围囹11
八、各构件强度及稳定性验算11
1、第六层围囹φ800x10支撑稳定性验算11
2、第五层围囹φ630x8支撑稳定性验算12
3、第三层围囹φ630x8支撑稳定性验算13
4、第二层围囹φ426x8支撑稳定性验算13
一、工程概述
跨河特大桥是***高速铁路线上的桥梁,位于***省***市与***市交界的***灌溉区,地势平坦、开阔。
该处河段为通航河段,桥轴线与河流交角为65°。
***河是位于长江左岸的一级支流,桥位河段属平原性河流。
其水位受上游支流(***河、***河)山区性河流影响,同时也受长江水位顶托的影响。
***河洪水由暴雨形成,多发生在7~9月。
洪峰历时48~60h。
受长江水位顶托的影响,水位也可能较长时期处于高位。
18#、19#墩是跨河特大桥连续梁桥(48m+80m+48m)中跨主墩。
由于工期及基础施工进度的原因,这两个墩的基础将于高水位的情况下进行施工。
由于缺乏流速、水位等资料,计算时考虑了1m的冲涮,围堰抽水的最高水位为+38.80m。
二、设计依据
1、设计规范
1、《港口工程荷载规范》(JTJ215-1998)
2、《港口工程桩基规范》(JTJ254-1998)
3、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)
4、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
5、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
2、地质条件
泥面标高+34.50m:
地层
代号
岩土名称
层厚
(m)
层底标高(m)
内摩擦角
密度
(g/cm3)
粘聚力(kPa)
备注
②1-2
淤泥质粉质粘土
4.5
+30.00
6.7
2.72
5
②2-1
粘土
4.8
+25.20
9.98
2.75
20.33
②2-2
粉质粘土
7.5
+17.70
11.9
2.73
17.2
3、水文
施工水位:
+38.80m
4、地面标高
地面标高:
+34.50m
三、结构布置及材料特性
1、结构布置图
2、材料特性
名称
A(cm2)
W(cm3)
I(cm4)
备注
SKSP-IV
242.5
2270
38600
每米值
HN588
192.5
4020
118000
HN700
235.5
5760
201000
3、嵌固点计算
采用SKSP-IV型钢板桩
桩的嵌固点计算公式:
(见桩基规范附录C)
土层为淤泥质粉质粘土,式中m取3000kN/m4
b0=1m
I=38600cm4
E=2.06×108kN/m2
嵌固点深度:
(
)
取
=4.5m
四、荷载分析
1、主动土压力及静水压力计算
水位以下:
考虑水位为+38.80m,土层顶标高+34.50m,土层参数取加权平均
内摩擦角
密度
(g/cm3)
粘聚力(kPa)
备注
9.85
2.73
14.7
Piu为该标高处上层土底部土压力与静水压力之和,Pid为该标高出下层土顶部土压力与静水压力之和
地层
代号
岩土名称
底标高
(m)
内摩擦角
重度
(kN/m3)
粘聚力(kPa)
Piu
(kPa)
Pid
(kPa)
备注
+38.80
0
+34.50
43
6
土层
+18.60
9.85
27.3
14.7
360
2、被动土压力计算
水位以下:
考虑围堰内水位为+25.10m,土层顶标高+25.10m,土层参数取加权平均
内摩擦角
密度
(g/cm3)
粘聚力(kPa)
备注
9.85
2.73
14.7
Piu为该标高处上层土底部土压力与静水压力之和,Pid为该标高出下层土顶部土压力与静水压力之和
地层
代号
岩土名称
底标高
(m)
内摩擦角
重度
(kN/m3)
粘聚力(kPa)
Piu
(kPa)
Pid
(kPa)
备注
+25.10
35
土层
+18.60
9.85
27.3
14.7
259
五、工况分析
工况一:
抽水至+37.00m标高位置,第二层围囹未安装;
工况二:
抽水至+34.00m标高位置,第三层围囹未安装;
工况三:
吸泥至+31.50m标高位置,第四层围囹未安装;
工况四:
吸泥至+29.00m标高位置,第五层围囹未安装;
工况五:
吸泥至+27.00m标高位置,第六层围囹未安装;
工况六:
吸泥至+25.10m标高位置,所有围囹安装完成;
六、钢板桩结构验算
1、容许应力
依照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》,临时工程Q235-B钢材的容许应力:
弯应力、综合应力
剪应力
2、边界条件
钢板桩在嵌固点固接,围囹支撑处铰接。
计算考虑1m长度的钢板桩。
3、计算结果
工况
支座反力
(kN)
最大位移
(mm)
钢板桩应力
(MPa)
1
36kN
11
52
2
98kN
4
36
3
184kN
4
48
4
360kN
9
100
5
563kN
8
118
6
761kN
9
152
七、围囹结构验算
围囹编号从上至分别为1~6,共六层。
1、第六层围囹
由上节计算得,围囹的最大荷载为761kN/m。
计算模型如下:
计算结果:
构件
类型
工况六
备注
围囹
2HN700
综合应力(MPa)
167
剪应力(MPa)
104
支撑
φ800x10
轴应力(MPa)
127
弯应力(MPa)
6
轴力(kN)
3159
2、第四、五层围囹
由上节计算得,围囹的最大荷载为563kN/m。
计算模型如下:
计算结果:
构件
类型
工况五
备注
围囹
2HM588
综合应力(MPa)
176
剪应力(MPa)
100
支撑
φ630x8
轴应力(MPa)
150
弯应力(MPa)
3
轴力(kN)
2349
3、第三层围囹
由上节计算得,围囹的最大荷载为184kN/m。
计算模型如下:
计算结果:
构件
类型
工况三
备注
围囹
2HN700
综合应力(MPa)
171
剪应力(MPa)
38
支撑
φ630x8
轴应力(MPa)
64
弯应力(MPa)
——
轴力(kN)
1005
4、第一、二层围囹
由上节计算得,围囹的最大荷载为98kN/m。
计算模型如下:
计算结果:
构件
类型
工况三
备注
围囹
2HM588
综合应力(MPa)
129
剪应力(MPa)
26
支撑
φ426x8
轴应力(MPa)
52
弯应力(MPa)
——
轴力(kN)
542
八、各构件强度及稳定性验算
1、第六层围囹φ800x10支撑稳定性验算
最大轴应力127MPa,最大弯应力6MPa。
最大轴力N=3159kN
计算长度lo=μl=4m
属于b类截面
查表得:
φ=0.983
γx——截面塑性发展系数,取1.0
N’EX——欧拉临界力
βmx——等效弯矩系数,取1.0
稳定性满足设计要求。
2、第五层围囹φ630x8支撑稳定性验算
最大轴应力150MPa,最大弯应力3MPa。
最大轴力N=2349kN
计算长度lo=μl=4m
属于b类截面
查表得:
φ=0.973
γx——截面塑性发展系数,取1.0
N’EX——欧拉临界力
βmx——等效弯矩系数,取1.0
稳定性满足设计要求。
3、第三层围囹φ630x8支撑稳定性验算
最大轴应力64MPa,最大轴力N=1005kN
计算长度lo=μl=4m
属于b类截面
查表得:
φ=0.914
γx——截面塑性发展系数,取1.0
N’EX——欧拉临界力
βmx——等效弯矩系数,取1.0
稳定性满足设计要求。
4、第二层围囹φ426x8支撑稳定性验算
最大轴应力52MPa,最大轴力N=542kN
计算长度lo=μl=7.78m
属于b类截面
查表得:
φ=0.842
γx——截面塑性发展系数,取1.0
N’EX——欧拉临界力
βmx——等效弯矩系数,取1.0
稳定性满足设计要求。
补充说明:
1、由于围堰水头较高,采用水下开挖、水下浇筑封底混凝土工艺,封底顶、底平整度较难控制,封底混凝土厚度由0.8m加厚至1.2m。
2、围堰底部相应加深1m,至17.6m高程。
入土深度由7.5m变为8.5m。
抗浮及流砂安全度更大。
3、施工时钢板桩总长拟选定为22m,入土深度增加,与上述《计算书》相比,结构总体安全性加大,不再对内力重新验算。
1.2钢板桩理论用量计算:
钢板桩围堰周长计算:
16.8×2+12.4×2=58.4m
钢板桩根数计算:
角桩采用0.2m×0.2m,共4片,
(58.4-0.4×4m)/0.4m=142片,142+4=146片
钢板桩重量计算:
146×23×74=248.492t
钢板桩围堰周长计算:
16.8×2+13.6×2=60.8m
钢板桩根数计算:
角桩采用0.2m×0.2m,共4片,
(60.8-0.4×4m)/0.4m=148片,148+4=152片
钢板桩重量计算:
152×21×76.1=242.911t
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