水中承台钢板桩围堰计算书

新建铁路太原至中卫（银川）线重点控制工程第施工－Ⅱ标段永宁黄河特大桥

水中承台钢板桩围堰方案

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中铁四局集团有限公司太中银铁路工程指挥部

二00六年十月十日

水中承台钢板桩围堰方案

一、工程概况

太中银铁路东自太原枢纽的榆次站引出，经陕西的太原、晋中、吕梁，跨黄河入陕西省榆林市，西进入宁夏自治区吴忠市，在包兰铁路黄羊湾站接轨至中卫；同时修建定边至银川的联络线。正线长约752km，联络线长约192km。

永宁黄河特大桥为全线重点控制工程的两桥一隧之一。永宁黄河桥中心里程LDK672+962.76，孔跨布置为（2-32m）+（4-24m）+（38-32m）单线简支T梁+（18-48m）单线简支箱梁+（13-96m）简支钢桁结合梁+（5-48m）单线简支箱梁+（4-32m）单线简支T梁，桥长3942.08m。

桥址位于银川平原中部，横跨黄河，河面宽约800米，最大水深5.7米,流速2.0米/秒,设计水位1111.68米, 最高通航水位1111.55米, 测时水位1110.09米；63#墩--70#墩处在河中，其中63#墩、67#墩--70#墩处在河中，64#墩--66#墩处在河中的冲积漫滩上，地层多为巨厚的粉、细砂层；承台尺寸均为14.6*14.6*6.5米, 底标高均为1099.06米, 每个承台下设16根φ1.5米钻孔桩,基础混凝土均为C30,桥址地质柱状图如下：

二、钢板桩围堰方案综述

综合考虑河中水文特点及地质情况，从节约成本出发，承台基坑施工拟采用钢板桩围堰方案。

承台平面尺寸为14.6m×14.6m，钢围堰平面尺寸设计为16.8m×16.8m。

方案一：采用2根15米宽0.4m的ISP-Ⅳ钢板桩接长至30m，围堰完成一般冲刷及局部冲刷后，钢板桩埋入砂层6米，未满足钢板桩固结所需求的入土深度，围堰外侧设30根φ800×10mm、30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。

方案二：主要考虑钢板桩较长无法全部打入砂层中时，采用2根12米钢板桩接长至24m，围堰完成一般冲刷及局部冲刷后，河床面至钢板桩围堰底，采用抛填袋装碎石埋没钢板桩围堰，抛填高度为6米，围堰外侧设30根φ800×10mm、30m长钢管桩用于稳定钢板桩围堰，防止其倾覆。

承台底至水面钢板桩长12.49m,为保证抽水后钢板桩安全，基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，结合实际，共设五层支撑围囹，顶层采用2I40a槽钢制成，其余每层围囹采用2I45c工字钢制成，每层围囹间隔2.5m。每层围囹内侧采用8根φ600×10mm钢管斜支撑，钢管长分别为9.5m，4.75m。

钢围堰及外侧支撑钢管平面布置图如下：

内支撑围囹平面图如下：

钢围囹

钢管斜撑

三、方案一情况下钢板桩围堰计算

1、钢板桩冲刷计算

1.1、一般冲刷计算

按公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）64-2简化式计算：

0.900.66

2

1.04()()

(1)

c

p d cm

c cg

B

Q

h A h

Q B

λμ

=⋅

-

2

1

c

p

c t

Q

Q Q

Q Q

=

+

0.15

d

z

A=

式中：

p

h—桥下一般冲刷后的最大水深(m)；

p

Q—频率为P% 的设计流量（3m/s）；

2Q —桥下河槽部分通过的设计流量（3m /s ），当河槽能扩宽至全桥时取用p Q ； c Q —天然状态下河槽部分设计流量（3m /s ）；

1t Q —天然状态下桥下河滩部分设计流量（3m /s ）；

cg B —桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；

z B —造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平摊水位时的河槽宽度；

λ—设计水位下，在cg B 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；

μ—桥墩水流侧向压缩系数；

cm h —河槽最大水深（m ）；

d A —单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当d A >1.8时，d A 可采用1.8；

z H —造床流量下的河槽平均水深（m ），对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。

带入下表已知数据

计算得p h =8.27m 1.2、局部冲刷计算

按公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）65-2简化式计算： 当V ≤0V '

0.60.150210

()b p

V V h K K B h

V ξη-= 当V >0V 2

'0.60.15

0210

()n b p

V V h K K B h

V ξη-= 0.24

2 2.2

0.00230.375K d d

η=

+

0.500.28(0.7)V d =+

'0.5500.12(0.5)V d =+ 0.230.19lg 02(

)

d

V n V

+= 式中：

b h —桥墩局部冲刷深度（m ）； K ξ—墩形系数；

1B —桥墩计算宽度（m ）；

p h —一般冲刷后的最大水深（m ）；

d —河床泥沙平均粒径（mm ）； 2K η—河床颗粒影响系数；

0V —河床泥沙起动流速（m/s ）； '0V —墩前泥沙起动流速（m/s ）；

2n —指数

V —一般冲刷后墩前行进流速（m/s ）

0.10.10.342/32()[]()1.04(1)d c cm c c cg c A B h Q V V Q B h μλ=-

式中:

c V —河槽平均流速（m/s ）； c h —河槽平均水深（m ）。

代入下表已知数据