围堰计算最终版

第二部分

水中拉森板桩围堰计算

1 工程概况

天津吉兆桥采用4墩3跨方式跨越海河，跨径布置为55+90+55m，4 #、5#号为水中墩，位于河道中，结构形式相同，每墩基础为16根直径1.8m的钻孔桩，桩长75m；承台为埋入式，底标高为-10.0m，平面尺寸为41.1m×7.7m，厚度为3.0m；承台上设板式墩身。具体结构如下图：

+1.5

-10.0

4#、5#墩结构图

2 钢板桩围堰布置

主墩基础施工拟采用钢板桩围堰法。钢板桩采用拉森Ⅵ型钢板桩，材质SY295，单根长度为22m，围堰平面尺寸为43.2×9.6m，共设置三道内支撑。围堰顶高程为+2.5m，围堰底高程为-19.5m，承台底高程为-10m，封底混凝土厚3m。

钢板桩围堰施工步骤：

（1）钻孔桩施工结束后拆除钻孔平台，在靠近承台侧定位桩上焊接牛腿，安装第一道内支撑作为钢板桩插打导向围檩；

（2）依次插打钢板桩至合拢；

（3）围堰内抽水至-3.4m，在-2.4m处安装第二道内支撑；

（4）第二道内支撑安装后围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-13.0m；

（5）搭设封底施工平台、布置封底砼导管,水下浇筑封底砼；

（6）待封底砼达到设计强度后，围堰内抽水至-7.3m，在-6.3m处安装第三道内支撑；

（7）抽光围堰内水后凿除桩头，施工承台；

（8）承台模板拆除后，向钢板桩与承台间间回填细砂并在顶部浇注40cm 厚C30砼圈梁，拆除第三道内支撑；

（9）施工第一节墩身至第一道内支撑下方（顶标高不低于+0.5m）；

（10）向围堰内注水至-3.0m，拆除第二道内支撑；

（11）继续向围堰内注水至+0.0m，拆除第一道内支撑；

（12）继续施工余下墩身；

（13）依次拔出钢板桩。

3 计算假设及基本参数

3.1 计算假设

（1）由于4#墩河床较5#墩河床高，围堰受力较5#墩更不利，使用本设计取4#墩围堰进行计算；

（2）计算时取1m宽单位宽度钢板桩；

（3）假设钢板桩在封底砼面以下0.5m处固结。

3.2 土层参数

根据设计图纸提供的工程地质报告，4#墩地质取值如下：

3.3 钢板桩截面参数

本工程使用钢板桩截面参数特性值如下表

围堰主梁、内支撑结构用料

4 计算依据

（1）施工图纸、施工水位及地质资料

（2）《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）

（3）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。

（4）《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社

5 钢板桩及内支撑分析计算

5.1主、被动土压力计算

本工程钢板桩施工范围内土层为粉土、粉质粘土，均为强透水性土层，水压力计算时均考虑采用水土分算法（即土压力为按土的浮容重计算的有效土压力与土体间孔隙水的水压力之和）。

主、被动土压力系数及被动土修正系数如下表：

5.2 钢板桩计算

计算工况按照施工工序分为：

工况一第一道内支撑安装后，围堰内抽水至-3.4m；

工况二第二道内支撑安装后围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-13.0m；

工况三封底砼达到强度后，围堰内抽水至-7.3m；

工况四第三道内支撑安装后围堰内抽光水；

工况五承台施工后向钢板桩与承台间回填细砂并在顶部浇注40cm厚C30砼圈梁，拆除第三道内支撑。

工况六第一节墩身施工后，拆除第一道内支撑。

钢板桩及内支撑计算根据上述施工工况，计算各支撑在各工况可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。

在计算时，各工况下钢板桩计算长度按等值梁法确定，从主动土压力与被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。

工况一：第一道内支撑安装后，围堰内抽水至-3.4m ；

假设钢板桩上土压力等于零的点离河床面的距离为y ，则在y 处板桩前的被

动土压力等于板桩后的主动土压力，即'

w p w a e e e e +=+，

)18.2()08.7(y y K K y y K w p w a ++'=++'γγγγ

)18.2(1098.29.956.1)08.7(1034.09.9y y y y +⨯+⨯⨯=+⨯+⨯

解得:y=1.15m

则等值梁计算长度为：0.5+4.9+2.18+1.15=8.73m Pa(－3.4m)=h K a γ' ＋γ水h =0+10×4.9=49 kN/m 2 采用midas 建立模型计算如下：

荷载分布图(KN/m)

支撑反力图(kN)

钢板桩弯矩图(kN.m)

工况二 第二道内支撑安装后围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-13.0m ；

根据：'

w p w a e e e e +=+，

)5.14()5.14(y y K K y y K w p w a ++'=++'γγγγ

y y 7.16.917.1))86.5(6.956.19.9(59.0⨯⨯=+⨯+⨯⨯

解得:y=3.16m

则等值梁计算长度为：0.5+3.9+10.6+3.16=18.16m Pa(－5.58 m)=h K a γ' =0

Pa(－7.14 m)上=h K a γ' =0.34×9.9×1.56=5.3 kN/m 2 Pa(－7.14 m)下=h K a γ' =0.59×9.9×1.56=9.1 kN/m 2

Pa(－13.0 m)=h K a γ' =0.59×（9.9×1.56+9.6×5.86）=42.3 kN/m 2 采用midas 建立模型计算如下：

荷载分布图(KN/m)

支撑反力图(kN)

钢板桩弯矩图(kN.m)

工况三 封底砼达到强度后，围堰内抽水至-7.3m ；