钢板桩围堰计算书.docx
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钢板桩围堰计算书.docx
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钢板桩围堰计算书
佛山市禅西大道季华路至樵乐路段
工程一标石湾特大桥
16#钢板桩围堰
计算书
计算:
复核:
审核:
中铁大桥局集团三公司技术发展中心
2010年01月
16#墩基坑开挖计算
一、设计资料
1、工程概况
国道325线佛山市罗村街边至龙江仙塘改线工程北起佛罗路街边,南至龙江镇狮子岗为终点,全长22km。
石湾特大桥为双塔箱梁斜拉桥,14#~16#墩的跨径为90.5m+150m+90.5m。
主塔16#基础位于樵乐路边缘,采用钢板桩围堰施工,桩基施工完成后,开挖进行承台施工。
2、地质水文状况
桥位处于东平水道,常水位+0.73m,设计最高通航水位+6.38m。
地层组成:
表层回填河砂,淤泥质亚粘土(亚粘土),粉砂,下部为全风化粗砂岩(泥岩)。
钢板桩桩顶设计标高+2.0m,桩底标高-16.0m。
为简化计算,将钢板桩进入的全风化粗砂岩(泥岩)简化为粉砂计算,因全风化混合岩内摩擦角和粘聚力均比粉砂大,因此计算结果偏安全的。
类型
(KN/m3)
(KN/m3)
C(KPa)
φ
Ka
Kp
回填砂土
19.0
9.0
0.0
30
0.333
3
淤泥质土
16.9
6.9
6.0
4.7
0.849
1.179
亚粘土
19
9
25.1
14.1
0.608
1.644
粉砂
20.2
10.2
14
27.9
0.362
2.759
二、计算:
排水开挖方案
钢板桩采用拉森Ⅳ型,截面抵抗矩Wb=2037cm3,容许应力260MPa,单位重量75kg/m。
首先插打钢板桩,排水开挖至-1.0m,在标高0.0m处安装围堰第一道内支撑;其次排水开挖至-4.0m,在标高-3.5m处安装围堰第二道内支撑;再次排水开挖至-7.0m,在标高-6.5m处安装围堰第三道内支撑;继续排水开挖至-9.0m,浇筑0.6m厚的砼垫层;拆除第三道内支撑;最后承台施工。
采用理正深基坑计算软件进行计算分析
取最不利一侧为计算单元:
本计算是以排水开挖为实际情况进行建模计算,
1、钢板桩连续墙支护
2、基本信息
内力计算方法
增量法
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
基坑等级
二级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.00
基坑深度H(m)
12.000
嵌固深度(m)
6.000
墙顶标高(m)
0.000
连续墙类型
钢板桩
├每延米板桩截面面积A(cm2)
236.00
├每延米板桩壁惯性矩I(cm4)
39600.00
└每延米板桩抗弯模量W(cm3)
2037.00
有无冠梁
无
放坡级数
1
超载个数
1
支护结构上的水平集中力
0
2、放坡信息
坡号
台宽(m)
坡高(m)
坡度系数
1
2.000
1.000
1.000
3、超载信息
超载
类型
超载值
作用深度
作用宽度
距坑边距
形式
长度
序号
(kPa,kN/m)
(m)
(m)
(m)
(m)
1
20.000
---
---
---
---
---
4、附加水平力信息
水平力
作用类型
水平力值
作用深度
是否参与
是否参与
序号
(kN)
(m)
倾覆稳定
整体稳定
5、土层信息
土层数
3
坑内加固土
否
内侧降水最终深度(m)
12.000
外侧水位深度(m)
2.27
内侧水位是否随开挖过程变化
是
内侧水位距开挖面距离(m)
0.000
弹性计算方法按土层指定
√
弹性法计算方法
---
6、土层参数
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
1
细砂
4.20
19.0
9.0
0.00
30.00
2
淤泥质土
6.00
16.9
6.9
6.00
4.70
3
粉砂
10.00
20.2
10.2
14.00
27.90
层号
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角
水土
计算方法
m,c,K值
抗剪强度
擦阻力(kPa)
水下(kPa)
水下(度)
(kPa)
1
35.0
0.00
30.00
分算
m法
15.00
---
2
18.0
6.00
4.70
合算
m法
0.57
---
3
35.0
14.00
27.90
合算
m法
14.18
---
7、支锚信息
支锚道数
3
支锚
支锚类型
水平间距
竖向间距
入射角
总长
锚固段
道号
(m)
(m)
(°)
(m)
长度(m)
1
内撑
1.000
3.000
---
---
---
2
内撑
1.000
3.500
---
---
---
3
内撑
1.000
3.500
---
---
---
支锚
预加力
支锚刚度
锚固体
工况
锚固力
材料抗力
材料抗力
道号
(kN)
(MN/m)
直径(mm)
号
调整系数
(kN)
调整系数
1
0.00
100.00
---
2~
---
300.00
1.00
2
0.00
100.00
---
4~
---
300.00
1.00
3
0.00
100.00
---
6~
---
300.00
1.00
8、土压力模型及系数调整]
弹性法土压力模型:
经典法土压力模型:
层号
土类名称
水土
水压力
主动土压力
被动土压力
被动土压力
调整系数
调整系数
调整系数
最大值(kPa)
1
粘性土
分算
1.000
1.000
1.000
10000.000
2
淤泥质土
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
3
淤泥质土
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
9、工况信息]
工况
工况
深度
支锚
号
类型
(m)
道号
1
开挖
3.500
---
2
加撑
---
1.内撑
3
开挖
7.000
---
4
加撑
---
2.内撑
5
开挖
9.5
---
6
加撑
---
3.内撑
7
开挖
12.0
---
三:
结构设计结果
[结构计算]
---------------------------------------------------------------------
各工况:
内力位移包络图:
(本图上侧数据为弹性法,下侧为经典法)
工况8:
浇筑砼垫层,拆除第三道支撑后,准备浇筑承台:
计算图式见下图。
由于有砼垫层的支撑,可以认为砼对钢板桩为刚性支撑,支撑位置设为-8.6m处,将外荷载输入Sap2000程序中计算
由此计算得钢板桩内支撑的反力T1=12.31KN,T2=244.62KN。
钢板桩最大弯矩Mmax=169.6KN·m,最大剪力为Qmax=187.1KN
本结构采用弹性法计算结果进行验算。
根据以上计算钢板桩承受最大弯矩为Mmax=448.62KN.m,最大剪力为Qmax=347.5KN。
拉森Ⅳ型钢板桩剪切面积取钢板桩肢在剪力方向的面积,A=155×9×5=6975mm2,钢板桩应力:
。
满足设计要求
四、整体稳定验算
滑裂面数据
整体稳定安全系数Ks=1.650
圆弧半径(m)R=17.292
圆心坐标X(m)X=-2.862
圆心坐标Y(m)Y=10.981
五、抗隆起验算
Prandtl(普朗德尔)公式(Ks>=1.1~1.2),注:
安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部):
Ks=5.941>=1.1,满足规范要求。
Terzaghi(太沙基)公式(Ks>=1.15~1.25),注:
安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部):
Ks=7.199>=1.15,满足规范要求。
[隆起量的计算]
注意:
按以下公式计算的隆起量,如果为负值,按0处理!
式中δ———基坑底面向上位移(mm);
n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;
ri———第i层土的重度(kN/m3);
地下水位以上取土的天然重度(kN/m3);地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);
hi———第i层土的厚度(m);
q———基坑顶面的地面超载(kPa);
D———桩(墙)的嵌入长度(m);
H———基坑的开挖深度(m);
c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);
φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);
r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);
δ=0(mm)
六、抗管涌验算
抗管涌稳定安全系数(K>=1.5):
式中γ0———侧壁重要性系数;
γ'———土的有效重度(kN/m3);
γw———地下水重度(kN/m3);
h'———地下水位至基坑底的距离(m);
D———桩(墙)入土深度(m);
K=2.345>=1.5,满足规范要求。
[嵌固深度计算]
嵌固深度计算参数:
抗渗嵌固系数
1.200
整体稳定分项系数
1.300
圆弧滑动简单条分法嵌固系数
1.100
嵌固深度考虑支撑作用
ㄨ
嵌固深度计算过程:
按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度:
圆心(-3.109,11.302),半径=15.125m,对应的安全系数Ks=1.310≥1.300
嵌固深度计算值h0=3.500m
嵌固深度设计值hd=αγ0h0
=1.100×1.000×3.500
=3.850m
嵌固深度采用值hd=6.000m
渗透稳定条件验算
当前嵌固深度为:
3.850m。
不排水开挖方案
一、钢板桩计算
钢板桩采用拉森Ⅳ型,截面抵抗矩Wb=2037cm3,容许应力260MPa,单位重量75kg/m。
首先插打钢板桩,在标高0.0m处安装围堰第一道内支撑;不排水开挖至-10.2m,浇筑1.8m后水下封底混凝土,然后再排水至标高-3.5m处安装围堰第二道内支撑;再次排水至标高-8.4m,承台施工。
1、工况一
安装第一道支撑后不排水开挖到设计标高-10.2m,计算图式见图一:
(1)、a1点,
a2点
(2)、b1点,
b2点,
(3)、c1点,
c2点,
(4)、e点截面,设钢板桩入砂土层深度为t。
d1点,
d2点,
(5)、A1点,
A2点,
按等值梁法进行计算:
1、计算土压力为0点离底面高度y:
计算得:
y=2.724m
2、计算等值梁最大弯矩和反力为:
则钢板桩最大弯矩:
Mmax=183.32KN·m,
T1=69.29KN
3、计算板桩入土深度:
x=2.78m
t=x+y=5.5m<6.0m(实际入土深度)
满足设计要求
2、工况二
浇筑封底1.8m厚水下封底混凝土后,围堰排水开挖至-4.0m,安装第二道支撑前,围堰内排水开挖,考虑一台50吨履带吊机作用,计算图式见图2。
由于有封底砼的支撑,可以认为砼对钢板桩为刚性支撑,支撑位置设为-8.6m处,
将外荷载输入Sap2000程序中计算,
钢板桩最大弯矩为Mmax=419.1KN.m,最大剪力为Qmax=261.578KN。
第一道内支撑受力为T1=110.27KN
此时,钢板桩对应的最大挠度在标高-3.82m处,
f=22.7mm<[f]=9880/400=24.7mm,满足规范要求。
3、工况三
在标高-3.5m处已安装第二道撑,承台基坑排水开挖至标高-8.4m。
计算图式见图3。
由于有封底砼的支撑,可以认为砼对钢板桩为刚性支撑,支撑位置设为-8.6m处,
将外荷载输入Sap2000程序中计算
由此计算得钢板桩内支撑的反力T1=12.31KN,T2=244.62KN。
钢板桩最大弯矩Mmax=169.6KN·m,最大剪力为Qmax=187.1KN
此时,在标高-5.82m处,钢板桩对应的最大挠度
f=3.2mm<[f]=l/400=7.5mm,满足规范要求。
4、钢板桩验算:
根据以上计算钢板桩承受最大弯矩为Mmax=419.1KN.m,最大剪力为Qmax=261.578KN。
拉森Ⅳ型钢板桩剪切面积取钢板桩肢在剪力方向的面积,A=155×9×5=6975mm2,钢板桩应力:
满足设计要求
七、、内支撑计算
根据上述排水开挖和不排水开挖的计算工况,可得第一、二、三道撑的最大荷载:
T1=274.14KN/m,T2=244.62KN/m,T3=418.72KN/m。
(1)、第一、二道内支撑计算:
用sap2000建立内撑桁架的计算模型:
Tmax=274.14KN/m
板桩四周的分配粱(即图示杆1和杆2)选用2HM588×300×12×20,其单根截面特性为:
撑杆(即图示杆3和杆4)选用2工45a,其单根截面特性为:
经计算:
弯矩图
轴力图
剪力图
(1)、杆K1、K2的最不利截面1(即K1与K4、K2与K4的相交位置)
最大剪力
不利截面1处应力为:
(2)、杆K3:
轴力,
(3)、杆K4:
轴力,
(2)、第三道内支撑计算:
用sap2000建立内撑桁架的计算模型:
T3=445.15KN/m
板桩四周的分配粱(即图示杆1和杆2)选用2HN700×300×13×24,其单根截面特性为:
撑杆(即图示杆3和杆4)选用2工63a,其单根截面特性为:
经计算:
弯矩图
轴力图
剪力图
(1)、杆K1、K2的最不利截面1(即K1与K4、K2与K4的相交位置)
最大剪力
不利截面1处应力为:
(2)、杆K3:
轴力,
(3)、杆K4:
轴力,
八、钢板桩围堰整体滑移稳定验算
在工况四的施工作业中,第三道撑已安装,承台基坑排水开挖至标高-10.2m,未灌注封底砼,此时需要验算整体滑移的稳定性。
钢板桩桩底标高-16.0m,入土5.8m。
主动单位土压力
被动单位土压力
对钢板桩底取矩
稳定弯矩
倾覆弯矩
,满足要求。
九、封底砼(砼垫层)计算
1、排水开挖方案:
采用C30砼垫层,厚度为0.6m。
底板配直径16的二级钢筋,由于是排水开挖,而且在围堰底四周设置了排水井,因此不验算垫层承受的水压力。
砼在围堰及钢护筒形成的桩的支点反力下,在浇筑承台过程中承受承台浇筑时的自重,容重取2.5t/m3
截面计算宽度取1m
截面抵抗矩:
W=bh2/6=1×0.62/6=0.06m3
两根钻孔桩之间的封底混凝土计算:
看作简支梁
q=γchb=2.5x4x1=10t/m
M=qL2/8=10×4.3642/8=23.8t•m
C30#砼弯曲受压容许应力为10.5MPa>σ=3.97Mpa,满足强度要求。
2、不排水开挖方案:
采用C20水下砼封底,封底厚度为1.8m。
砼在围堰及钢护筒形成的桩的支点反力下,承受围堰抽水后产生的上浮力,围堰内封底砼面积为F1=19.2mx19.2m-16x3.8=307.84m2,围堰内共16根Ф2.0m桩,钢护筒直径取2.2m,砼容重取2.4t/m3
1、围堰整体抗浮力计算
1、竖向抗力计算
(1)围堰自重:
(2)封底混凝土与钻孔桩摩擦力计算:
封底砼与钻孔桩间摩擦系数取k=12t/m2,代入摩擦力计算公式
d为钢护筒直径
竖向抗力合力P=G+P=4100.6t
2、竖向浮力计算:
围堰封底面积A=307.84m2:
P>T,K=P/T=1.22,围堰整体稳定性满足要求。
2、承台区封底混凝土弯曲应力验算
L为围堰内外水位差L=10.93m,h为封底混凝土层高度为1.8m
其顶面在静水压力作用下产生的弯曲拉应力
截面计算宽度取1m
截面抵抗矩:
W=bh2/6=1×1.52/6=0.375m3
(1)、两根钻孔桩之间的封底混凝土计算:
看作简支梁
q=γwLb-γchb=1x10.93x1-2.4x1.8x1=6.61t/m
M=qL2/8=6.61×4.3642/8=15.74t•m
γc,γw—分别为混凝土及水的容重
C20#砼[Rl]=1.6MPa>σ=0.42Mpa,满足强度要求。
(2)、最外排钻孔桩与钢板桩围堰之间的封底混凝土计算:
看作悬臂梁
q=γwLb-γchb=1x10.93x1-2.4x1.8x1=6.61t/m
M=qL2/2=6.61×1.292/2=5.5t•m
γc,γw—分别为混凝土及水的容重
C20#砼[Rl]=1.6MPa>σ=0.147Mpa,满足强度要求。
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