防撞墩及助航设施施工图设计计算书

京杭运河特大桥

防撞墩及助航设施施工图设计

计

算

书

交通勘察设计有限公司

年月

京杭运河特大桥

防撞墩及助航设施施工图设计

证书等级：工程设计甲级

发证机关：

证书编号：

计算：

复核：

审核：

浙江交通勘察设计有限公司

年月

一、工程背景

京杭运河特大桥为宁杭高速铁路浙江段中重要桥梁。京杭运河特大桥主桥为（84+152+84）m双薄壁连续刚构桥，桥址位于京杭运河崇贤港区附近，即杭州绕城高速公路京杭运河大桥北侧约1公里处。由于受杭州市城市规划所限，桥轴线与航道夹角35°，双薄壁墩置于河道内，容易受到过往船只的碰撞，给铁路正常运营带来隐患。

受宁杭高铁有限公司的委托，我公司对京杭运河特大桥主墩防撞设施及助航设施进行设计。

二、采用规范及设计依据

2.1 设计依据

1、《京杭铁路跨京杭运河防撞墩设施和导航助航设施设计》合同编号：2009-gl-24；

2、《宁杭铁路（浙江段）京杭运河特大桥通航净空尺度和技术要求论证报告》

浙江省交通规划设计研究院2009年4月编制；

3、《关于宁杭铁路（浙江段）京杭运河特大桥通航净空尺度和技术要求论证报告的审查意见》浙港航函【2008】74号文件；

4、《京杭运河特大桥防撞和助导航设施方案专家审查意见》2009.11.29。

2.2 技术规范

1、《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005

2、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007

3、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004

4、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004

三、计算程序

本次计算采用桥梁博士3.03分析软件对局部冲刷线处桩的作用效应进行建模计算。

四、防撞墩主体结构设计要点

防撞墩主体结构采用群桩基础加防撞承台的形式。

4.1设计原则

1、遵照国家现行的技术规范和标准；

2、在满足防撞设施结构安全的前提下，优化防撞设施的尺寸，使其满足Ⅲ级航道通行的要求，并对航运的影响最小化，使前期投入和后期维护效益最大化。

3、以冲刷线下桩基的最大弯矩为控制指标，确定桩基直径及配筋的数量，根据地质情况及桩基承载力确定桩长。

4、此水域最高通航水位3.46m，最低通航水位0.6m（85国家高程）。

5、京杭运河规划为三级航道，选用1000t级机动驳船作为通航的代表船型。

6、承台混凝土强度等级为C30，承台顶面高程控制为3.66m。

4.2 设计参数

1、混凝土容重取26KN/m3；

2、 撞击点参见4.6.1图示位置，撞击角度按《铁路桥涵设计基本规范》推荐值a =20°选用；

3、 冲刷下位置按河床面下2m 选取。

4.3 计算船舶撞击力F

根据《铁路桥涵设计基本规范》撞击力的计算方法及《宁杭铁路京杭运河特大桥通航净空尺度和技术要求论证报告》对代表性船只航行速度的规定（10/km h ）。

计算得船撞桥的撞击力sin F v γ= γ—动能折减系数，正撞取0.3，斜撞取0.2；

v —船舶撞击时速率，10/Km h ；

a 取20°；

w —船只重；

12c c +—船及墩台变形系数，按规范选取。

计算得：

1、迎撞面处，船舶正面撞击防撞设施时撞击力1540F KN =；

2、迎撞面处，船舶侧面撞击防撞设施时撞击力1027F KN =；

4.4桩的计算宽度1b

1.0d m ≥时， 1(1)f b kk d =+

2121

10.6b L k b h -=+⨯—平行于水平作用方向的桩间相互影响系数； 2b —与平行水平力作用方向的一排桩的桩数n 有关的系数；

1L —平行于水平力作用方向的桩净间距；

1h —局部冲刷线以下桩的计算深度，本案取3(1) 6.6d m ⨯+=； f k —桩形状换算系数，本案取0.9，

计算得

1 1.548b m =

4.5桩基中桩变形系数a =m —非岩石地基水平向抗力系数的比例系数，

0.8c EI E I =—桩的抗弯刚度，

c E —桩的抗压弹性模量，

计算得

0.2895942/a m =

判断本工程桩基属于弹性桩。

4.6局部冲刷线处桩的作用效应00M H 、

4.6.1正面撞击

正面撞击时，按三排，8根桩计算，第一排桩由2~3号桩组成，第二排桩由1、4号桩组成，第三排桩由5~8号桩组成。

计算得：冲刷线处的单桩弯矩、水平力00M H 、分别为976.4KN.m ，

205. 4KN 。

冲刷线下3m 处弯矩最大，为1351.3KN.M ，桩底弯矩零点位于冲刷线下22m 。确定桩长为24.56m 。

桩基布置图

4.6.2 侧面撞击

侧面撞击时，设2~4，7~8号桩共5根桩受力，4号桩为第一排桩，3、8号桩为第二排桩，2、7号桩为第三排桩。

计算得：

冲刷线处的单桩弯矩、水平力00M H 、分别为602.4KN.m ，

211.0KN 。

冲刷线下4m 处弯矩最大，为1064KN.M ，桩底弯矩零点位于冲刷线下20m 。确定桩长为23.56m 。

4.7 确定桩基相关参数

根据4.6节计算所得局部冲刷线处桩的作用效应00M H 、，确定设

计参数如下：

1、承台按设计水位及构造要求确定其厚度为3.0m （承台顶高于最高通航水位0.2m ）；承台顶标高3.66m ，桩顶标高为0.66m 。

2、桩基桩径为1.2m ，桩长按正面撞击时最不利效应选取，取桩长25m 。

3、桩基钢筋配置12根φ25HRB335通长钢筋，12根φ25HRB335截断钢筋。桩基的实际抗弯承载能力为1864KN.m ，桩基设计最大弯矩值为1351.3KN.m 。安全度为138%。