钢板桩围堰计算书

0.75× 2270000
1.2
4.3.2.工况 2：封底抽水工况，抽水水位按标高 25m 考虑。
6
武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书
反力图(kN) 弯矩图(kN.m) 变形图(mm) 图7. 工况 2 计算结果
圈梁处压力为 114kN/m，围堰最大弯矩为 192kN·m，最大变形 12.6mm。
后求得）。 4.3.1.工况 1：开挖至标高+16.117m，施工水位+16.5m。
反力图(kN) 弯矩图(kN.m) 变形图(mm) 图6. 工况 1 计算结果
圈梁处压力为 53.4N/m，围堰最大弯矩为 198.9kN·m，最大变形 15.6mm。
应力σ = 198.9×106 = 116.8 < 295 MPa。
c---土的粘聚力(kPa)； φ---土的内摩擦角(°)；
γ--土的重度(kN/m3)；
t---支护结构入土深度(m)；
H---基坑开挖深度(m)；
q---地面荷载(kPa)。
图5. 坑底抗隆起稳定性验算示意图
对围堰在开挖工况下进行验算，则
γa
=
(19 −10) ×12.91+ (18.3 −10) × 4.32 12.91+ 4.32
浇筑封底混凝土。受力示意图如图 2 所示。
图2. 钢板桩入土深度计算示意图(mm)
1、主被动土压力系数见下表：
表3. 主被动土压力系数
主动土压力 序号 土层名称
系数(Ka)
Ka
被动土压力 系数(KP)
K p
1
粘土
0.71
0.85
1.40
1.18
2 粉质粘土
0.83
0.91
1.21
1.1
淤泥质粉
3
质粘土
3 设计参数
（1）钢板桩采用 SKSP-Ⅳ型，材质 Q295，每 m 钢板桩截面特性：W=2270cm3。
（2）圈梁采用 2HM588×300，内支撑采用φ630×8，材质均为 Q235B。
（3）水位：钢板桩围堰最大设防水位为+27.5m，最大抽水水位为+25.0m。
（4）河床：标高+24.230m 考虑,4#墩承台参数见表 1。
y
=
γ aK a H
− 2c
K a
− 2cK
γ p kK P − γ aK a
K p
=
9 × 0.83 × 8.113 − 2 × 25.1 × 0.91 − 2 × 25.1 × 1.2 × 1.1 9 × 1.2 × 1.21 − 9 × 0.83
<0,取y=0m
②按连续梁计算等值梁支点反力（即 R1 和 P0），受力图如图 4、5 所示。
武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书
1 概述
武汉四环线特大桥主桥为（77+100+360+100+77）m 五跨一联双塔双索面预应力 混凝土斜拉桥。其中 4#墩为主塔墩，承台平面尺寸为 85.5m×29.5m，厚度为 6.0m。 基础采用桩基础，桩基础按嵌岩桩设计，承台下设 50 根直径 2.5m 的钻孔灌注桩。
（5）地质：围堰土层参数根据项目部提供的技术资料，取值见表 2
（6）封底：砼为 C25，厚度 2.0m。
（7）材料性能：Q295 钢板桩屈服强度：[σs]＝295MPa。
Q345B 钢材容许应力：[σ]＝240MPa，[τ]＝140MPa。
Q235B 钢材容许应力：[σ]＝170MPa，[τ]＝100MPa。
2
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Lx=6300mm，Ly=6300mm，Lx/Ly=1.0，查得：αx=αy =0.037, Mx= My=0.037×45.03×6.32（1+1/6）=77.15kN·m 取 b=1m 单宽进行验算: Wx=bh2/6=0.48m3 σmax=Mx/Wx=77.15/0.48/1000=0.16MPa<[σ]=0.50MPa。 4.1.3.钢护筒粘结力计算 围堰封底投影面积：A=1992-(3.14/4×2.52×50)=1746.7m2； 封底混凝土重量：G=24×1746.7×1.7=71265.4kN； 浮力：F 浮＝(25.0-18.117+1.7)×10×1746.7＝149919.3kN； 范围内共有 50 根φ2.8m 桩，每根桩所承受的粘结力为： （149919.3-71265.4）/(3.14×2.5×1.7×50)＝117.9kPa<200kPa。 4.1.4.结论：2.0m 厚封底混凝土满足受力要求。 4.2. 钢板桩入土深度计算 4.1.1.取 1m 宽钢板桩计算。圈梁及内支撑安装完毕，围堰内吸泥清淤完成，准备
武汉四环线汉江特大桥工程 4#墩钢板桩围堰计算书
计
算：
复
核：
项目负责人：
室 主 任：
总工程师：
中铁大桥局股份有限公司设计分公司
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二○一二年十二月
武汉四环线汉江特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书
目录
1 概述...................................................................................................... 1 2 计算依据.............................................................................................. 1 3 设计参数.............................................................................................. 2 4 钢板桩围堰计算.................................................................................. 2
图1. 钢板桩围堰布置图(mm)
2 计算依据
（1）《钢结构设计规范》 （2）《公路桥涵设计通用规范》 （3）《公路桥涵地基与基础设计规范》
（GB50017-2003）； （JTG D60-2004）； （JTG D63-2007）；
1
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（4）《武汉四环线汉江特大桥》主体结构相关图纸及项目部提供的技术资料。
墩号
表1. 4#墩承台参数表（m） 围堰顶标 承台顶标高 承台底标高
高
河床标高
4#
+28.000 +24.117
+18.117
+24.230
土层名称 粘土
表2. 土层参数表（m）
土层顶 标高
土层底 标高
容重 内摩擦 粘聚力 层高 （kN/m3） 角（°） （kPa）
+24.230 +19.320 4.91
+16.117m。 由于围堰内吸泥、抽水，造成围堰内外压力差，使钢板桩底以下土体向上涌起。
根据下式验算钢板桩底抗隆起稳定性:
Ks
=
cNc γ (H
+ γ Nqt +t) + q
式中： Nq、Nc ---按 Prandtl 公式时，
Nq = tan2 (450 +ϕ/2) ⋅ eπ tanϕ ， Nc = (Nq −1) / tan ϕ ；
19
9.6
20.4
粉质粘土
+19.32 +11.32
8
19
5.5
25.1
淤泥质粉质粘土 +11.32
+2.32
9
18.3
4.8
7.9
4 钢板桩围堰计算
4.1. 封底混凝土厚度计算 4.1.1.围堰封底抽水完成后，封底混凝土需承受水头差引起的向上浮力，封底混凝
土标号为 C25，其容重γ=24kN/m3，施工时清理基底保证封底混凝土厚度不 小于 2.0m，取 1.7m 有效厚度混凝土计算。 封底混凝土所受荷载： q=γ水 h 水－γ砼 h 砼 =10×(25-18.117+1.7)-24×1.7=45.03kN/m2 4.1.2.按照四边简支板计算
故总入土深度：t0 = x + y =0+3.8=3.8m
计算入土深度 t=1.2t0＝4.56m，实际取钢板桩底标高+7.000m，钢板桩实际入 土深度为 9.117m，钢板桩总长度为 21m。
4
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4.1.2.基坑底抗隆起稳定性验算 根据上面计算，钢板桩长度 21.0m，钢板桩底标高+7.000m，基坑内开挖标高
4.1. 封底混凝土厚度计算.............................................................. 2 4.2. 钢板桩入土深度计算.............................................................. 3 4.3. 钢板桩强度计算...................................................................... 6 4.4. 圈梁及内支撑计算.................................................................. 7 5 结论...................................................................................................... 9
= 8.7kN
/
m3
，
ϕp
=
5.5× 4.797 + 4.797 +
4.8× 4.32 4.32
=
5.2
°， cp
=
25.1× 4.797 + 7.9× 4.32 4.797 + 4.32
= 16.9
5
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Nq = tan2 (45 + ϕ )eπ tanϕ = 1.6, Nc = (Nq −1) / tanϕ = 6.6 2
Ks
=
cNc γ (H
+ γ Nqt +t) + q
=
16.9× 6.6 + 8.7 ×1.6× 9.117 8.8× (8.113 + 9.117)
= 1.57
> 1.2
,满足抗隆起稳定性要
求。
4.3. 钢板桩强度计算
采用 MIDAS2006 建立模型，荷载考虑土压力，取 1m 宽钢板桩建模计算，在圈 梁处建立弹性支座（内支撑 SDx＝15kN/mm，弹性支撑参数根据内支撑平面模型加载
钢板桩围堰施工方案如下：钢板桩采用拉森Ⅳ型。在+23.5m 处设置一层圈梁， 圈梁采用 2HM588×300，内支撑采用φ630×8 钢管。承台采用两次浇筑施工，第一 次浇筑高度 4m，第二次浇筑高度 2m，第一次承台浇筑完成后，抄垫承台及钢板桩 间隙，拆除圈梁。钢板桩围堰总体布置图如下图 1 所示。
=
8.8kN
/
m3
，
ϕa
=
9.6× 4.91+ 5.5×8 + 4.8× 4.32 4.91+ 8 + 4.32
=
6.5
°，
ca
=
20.4× 4.91+ 25.1×8 + 4.8× 4.32 4.91+ 8 + 4.32
= 19.5 ，
γp
=
(19 −10) × 4.797 + (18.3 −10) × 4.32 4.797 + 4.32
0.85
0.92
1.18
1.09
2、用等值梁法计算桩的入土深度
被动土压力 修正系数(K)
1.2 1.2 1.2
3
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①计算钢板桩上土压力强度等于零的点离挖土面的距离 y，求得 y：
K(γ p K py + 2c K p ) = γ aK a(H + y ) − 2c K a
应力σ = 192×106 = 113 < 295 MPa。
0.75× 2270000
1.2
4.4. 圈梁及内支撑计算
根据计算，圈梁所受最大压力为 114kN/m。圈梁及内支撑受力分析如下图所示。
图8. 内支Βιβλιοθήκη Baidu模型图 7
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圈梁组合应力
圈梁剪应力
内支撑钢管组合应力 图9. 内支撑应力图(MPa)
图10. 内支撑变形(mm) 8
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圈梁最大组合应力为 105.2MPa<170MPa，最大剪应力为 35.5MPa<100MPa，内 支撑平面最大变形为 5mm。
φ630×8 内支撑钢管最大组合压应力为 73MPa，λ＝10253/219=46.8，查得φ ＝0.8705，73MPa<0.8705×170＝148MPa，满足要求。
图3. 等值梁计算示意图(kN/m^2)
图4. 等值梁计算反力图(KN)
建模计算得 P0=13.6kN ③ 根据 Po 和钢板桩被动土压力对钢板桩底端的力矩相等原理可求得 x，
x=
6P0 γ p KK P − γ aK a
=
6 × 13.6
=3.8m
9 × 1.2 × 1.21 − 9 × 0.83