拉森钢板桩围堰计算

大桥20#、21#墩钢围堰检算

1.1结构概况

20#、21#墩基础施工采用钢板桩围堰法。钢板桩采用拉森Ⅵ型钢板桩，材质为SY295，20#墩钢板桩单根长度为18m，围堰平面尺寸为28.8×13.2m，共设置两道内支撑，围堰顶高程为+30.09m，围堰底高程为+12.09m，封底混凝土厚2.2m；21#墩钢板桩单根长度为18m，围堰平面尺寸为28.8×13.2m，共设置三道内支撑，围堰顶高程为+30.09m，围堰底高程为+8.09m，封底混凝土厚2.5m。由于21#墩承台比20#承台埋深深度大，围堰受力较21#墩更不利，本计算取21#墩围堰进行计算；21#墩钢板桩围堰立面布置如图6.1。

图6.1 21#墩钢板桩围堰立面布置图

1.2 基本参数

1.2.1钢板柱截面特性

表6.1 钢板桩截面参数特性值表

1.2.2地质资料

根据地质勘察报告，20#、21#墩地质资料及土层参数分别如表6.2、表6.3。

表6.2 20#墩土层参数表

表6.3 21#墩土层参数表

1.3 计算方法

由于钢板柱围堰的入土深度较大，土体对入土部分的围堰起到了嵌固作用，此时围堰上端收到内撑的支撑作用，下端受到土体的嵌固支承作用。但是，由于内撑对钢板桩围堰是弹性支撑，并不是完全刚性，因此，在计算中，先假设内撑对钢板桩为刚性支撑，计算出钢板桩作用于圈梁的反力，将该反力作用在内撑上计算出钢板桩与内撑连接处的最大位移，最后对钢板桩施加强制支座位移，得出钢板桩的内力和应力。

等值梁法计算钢板桩围堰，为简化计算，常用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置。计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将

板桩墙前和墙后的被动土压力分别乘以修正系数（为安全起见，对主动土压力则不予折减），钢板桩被动土压力修正系数如表6.4。

本文计算作出如下假设：

1.假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。

2.因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）。

3.弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。

4.假设钢板桩在封底砼面以下0.5m处固结，在MIDAS中限制全部约束。

5.本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。

表6.4 主、被动土压力系数及被动土修正系数

1.4 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）围堰内吸泥、抽水至+23.74m，在+24.24m处安装第二道内支撑；

（4）围堰内继续吸泥、抽水至+19.823m，在+20.823m处安装第三道内支撑；

（5）第三道内支撑安装后围堰内注水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至+13.823m；

（6）搭设封底平台、布置封底砼导管,水下浇筑封底砼；

（7）待封底砼达到设计强度后抽光围堰内水，凿除桩头进行承台、墩身施工；

（8）承台模板拆除后，向钢板桩与承台间回填细砂并在顶部浇注40cm厚C25砼冠梁，待冠梁砼达到强度后，拆除第三道内支撑；

（9）向围堰内注水至+23.74m处，拆除第二道内支撑；

（10）继续向围堰内注水至围堰外水位，拆除第一道内支撑；

（11）依次拔出钢板桩。

1.5 计算结果

1.5.1 钢板桩初步验算

工况一、第一道内支撑安装后，围堰内吸泥、抽水至+23.74m，如图6.2；

工况二、第二道内支撑安装后，围堰内吸泥、抽水至+19.823m，如图6.3；

工况三、第三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+13.823m，如图6.4；

工况四、封底砼达到强度后，围堰内抽光水，如图6.5；

工况五、承台模板拆除后，向钢板桩与承台间回填细砂并在顶部浇注40cm 厚C25砼冠梁，待冠梁砼达到强度后，拆除第三道内支撑，如图6.6。

图6.2 工况一示意图图6.3 工况二示意图

图6.4 工况三示意图图6.5 工况四示意图

工况一：第一道内支撑安装后，抽水至+23.74m 时，第一层内支撑受力处于最不利状态。

(1) 计算反弯点位置，即利用钢板桩上土压力等于零的点作为反弯点位置，计算其离基坑底面的距离y ，在y 处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即w a p P P P +=：

主动土压力：)35.4(1

y K P a a +⨯'=γ 被动土压力：y KK P p b 1

γ'= 水压力：35.4⨯=w w P γ

)35.4(35.412

y K y KK a w p +⨯'+⨯='γγγ ()

a p a w K KK K y -'⨯'++⨯=

1135

.435.4γγγ

m 28.5)

628.0592.1328.1(5.835

.4628.05.835.410=-⨯⨯⨯⨯+⨯=

所以，梁的计算长度取值为0.6+4.35+5.28=10.23m 作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力：

()009.28=a P

()35.435.4908.241

⨯+⨯'=w a a K P γγ 2/7.6635.41035.4628.05.8m kN =⨯+⨯⨯=

图6.8 单片钢板柱弯矩图

图8.9 单片钢板柱反力图(kN)

由图6.8-6.9可知，钢板柱最大的弯矩为562.0kN.m ，作用于第一道内支撑的反力为156.0kN 。

工况二：第二道内支撑安装后，围堰内吸泥、抽水至+19.823m ； (1) 计算反弯点位置。

w a p P P P +=：

主动土压力：)467.0(8.721

y K K P a a a +⨯'+⨯'=γγ 被动土压力：y KK P p b γ'= 水压力：267.8⨯=w w P γ

267.8)467.0(8.7212

⨯++⨯'+⨯'='w a a p y K K y KK γγγγ ()a p w a a K KK K K y -'⨯+⨯'+⨯'=

2

2

1267.8467.071.1γγγγ

m 93.3)

465.0149.2628.1(7.9267

.810467.0465.07.98.7465.05.8=-⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=

所以，梁的计算长度取值为28.69-19.823+3.93=12.797m 作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力：

()009.28=a P