MIDAS-CIVIL钢板桩方案计算

3、计算参数及材料选择
3.1 计算参数 (1) 围堰设计时计算水位按＋1.5m 考虑； (2) 设计水流流速 V=1.5m/s，水流方向与桥轴线斜角 620； (3) 钢板桩插打合拢后，向围堰内填筑细砂至-6.1m； (4)钢板桩围堰土层参数根据上海海洋地质勘察设计有限公司提供的关于
121#墩围堰工程勘察报告，取值见表 1、表 2：
图 3 坑底抗承压水示意
K y = pcz / pwy pcz —基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土层的自重压力(KN/m2) pwy —承压水层的水头压力(KN/m2) K y —抗承压水的稳定安全性系数，取 1.05
承压水层的水头压力计算时，不透水层的水压按 0.7 倍折减，因此： pwy ＝10×(1.5+16.3)+10×7.4×0.7=229.8kN/m2
2、计算依据
(1)施工图纸、施工水位及地质资料 (2)《沪杭铁路客运专线项目部三工区 121 墩围堰工程勘察报告》上海海洋地质
勘察设计有限公司 (3)《铁路桥涵钢结构设计规范》（TB10002.2-2005） (4)《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002） (5)《钢结构设计规范》（GB50017-2003） (6)《土力学》（刘成宇主编）中国铁道出版社 (7)《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社
表 1：土层参数表
序
土层顶 标 土层底 标
容重
内摩擦角 粘聚力
土层名称
号
高
高
（kN/m3） （o） （kPa）
1
细砂
-8.1
-12.1
19.2
26.5
0
2 淤泥质粘土
-12.1
-16.3
18.0
19.5
12
3
灰色粘土
-16.3
-20.4
17.6
15.5
17
4
粉质粘土
-20.4
-23.7
19.7
20.5
4.1.1 封底混凝土厚度计算 .......................错误！未定义书签。 4.1.2 钢板桩最小埋置深度计算 ...................错误！未定义书签。 4.1.3 钢板桩计算 ................................................ 3 4.1.4 圈梁及内支撑计算 .......................................... 9 4.2 干挖干封砼方案计算 ...................................................................................... 12 4.2.1 计算参数 ................................................. 12 4.2.2 基底抗承压水层的稳定性分析 ............................... 13 4.2.3 钢板桩及内支撑计算 ....................................... 14 5、结论及建议............................................................................................................ 17 5.1、水封砼方案 .................................................................................................... 17 5.2、干封砼方案 .................................................................................................... 18
图 5 第三道内支撑模型平面
10
圈梁组合应力
圈梁剪应力
钢管轴力
钢管组合应力
由以上计算结果可知，第三道圈梁 2HW588×300 型钢最大组合应力为
111.7MPa，剪应力为 35.4MPa，φ630×10mm 钢管最大轴力 124.2t，最大组合应
3.1 计算参数 .............................................................................................................1 3.2 材料选择 .............................................................................................................2 3.3 强度检算控制指标 .............................................................................................2 4、钢板桩围堰计算分析.............................................................................................. 2 4.1 水封砼方案计算 .................................................................................................2
主墩钢板桩围堰结构检算
计 算： 复 核： 室 主 任： 总工程师：
目录
2、计算依据.................................................................................................................. 1 3、计算参数及材料选择.............................................................................................. 1
名称
最大压力 （KN/m）
工况
第一道内支撑
97.7
工况一
第二道内支撑
95.4
工况二
第三道内支撑
246.9
工况三
第四道内支撑
321.7
工况四
第五道内支撑
668.8
工况六
说明：
1、第二道与第三道内支撑规格相同，故取第三道内支撑进行计算。 2、第四道与第五道内支撑规格相同，故取第五道内支撑进行计算。
第一道内支撑计算：
2.00
1.58
3
灰色粘土
0.58
1.73
1.42
4
粉质粘土
0.48
2.08
1.67
5
粉砂
0.30
3.32
1.9
3
利用郎肯土压力理论分层计算主被动土压力，因在土层分界处ϕ 、c 的不同， 故分（上）、（下）。
Pa(-12.1m)= Kaγ ′h − 2c Ka ＝-17 KN/m2 Pa(-16.3m 上)= Kaγ ′h − 2c Ka ＝0.2KN/m2 Pa(-16.3m 下)= Kaγh − 2c Ka ＝6.4KN/m2 Pa(-20.4m 上)= Kaγh − 2c Ka ＝11.6KN/m2 Pa(-20.4m 下)= Kaγh − 2c Ka =-28.5KN/m2 Pa(-23.7m)= Kaγ ′h − 2c Ka = -13.1KN/m 钢板桩围堰内土体被动土压力随着吸泥抽水施工过程而变化，不详列。 ③、钢板桩各工况强度计算 钢板桩及内支撑计算按钢板桩围堰施工过程分为以下工况： 工况一：围堰第一道支撑加好后，抽水到-2.0m 安装第二道支撑前； 工况二：围堰第二道支撑加好后，抽水到-5.0m 安装第三道支撑前； 工况三：围堰第三道支撑加好后，吸泥、抽水到-8.0m 安装第四道支撑前； 工况四：围堰第四道支撑加好后，吸泥、抽水到-10.5m 安装第五道支撑前； 工况五：围堰第五道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外水位，水下吸泥、
清淤到-16.8m； 工况六：围堰封底砼达到强度后，抽光围堰内水、施工承台。
弯 矩 图
4ຫໍສະໝຸດ Baidu
剪 力 图
反 力 图
工况一计算结果
弯 矩 图
剪 力 图
反 力 图
5
工况二计算结果
弯 矩 图
剪 力 图
反 力 图 工况三计算结果
弯 矩 图
6
剪 力 图
反 力 图
工况四计算结果
弯 矩 图
剪 力 图
反 力 图
工况五计算结果
125.3
2
97.7
工况二
153.6
24
75.5
95.4
工况三
179.0
28
65.9
56.1
246.9
工况四
196.9
16
68.6
40.3
200.5
321.7
工况五
49.3
15
工况六
194.6
19.2
91.4
140.7
186.6
668.8
8
4.1.5 圈梁及内支撑计算
内支撑反力统计表
表 5：内支撑反力参数表
2g
2 × 9.8
流水压力合力的作用点假定在设计水位线下 0.3 倍的水深处，即标高-3.03m
处。
②、主被动土压力计算
各层土主被动土压力系数见下表：
表 3 主被动土压力参数表
序号
土层名称
主动土系数(Ka) 被动土系数(Kp) 被动土压力修正 系数(K)
1
细砂
0.38
2.61
1.73
2
淤泥质粘土
0.50
安装内支撑，在 MIDAS 中采用施工阶段模拟计算，后一个阶段考虑前一个阶段变
形对钢板桩及内支撑的受力影响。
①、流水压力计算
水流方向与桥轴线斜角 62°，V=1.5m/s,则：
Vmax 有效=Vsin62°=1.5×0.883=1.325m/s
P = KH γ V 2 = 1.5 × 13.6 × 10 × 1.3252 = 18.3 KN/m
2
pcz ＝（-16.7-（-20.4））×17.6+（-20.4-（-23.7））×19.7=130.1 kN/m2 则 K y = pcz / pwy ＝0.57，不满足抗承压水层的稳定性要求，必须采取一定的 措施以防止基坑的失稳。
4.1.4 钢板桩计算
采用 MIDAS2006 建立模型，荷载考虑静水压力、土压力及流水压力,取 1m 宽
材质为 SY295 的拉森Ⅵ型钢板桩强度控制值：[σ]＝210MPa； Q235 钢材强度控制值：[σ]＝170Mpa； 4、钢板桩围堰计算分析 4.1 水封砼方案计算 4.1.1 基底抗承压水层的稳定性分析 如果在基底下的不透水层较薄，而且在不透水层下面具有较大水压的滞水层 或承压水层时，当上覆盖土重不足以抵抗下部水压时，基底就会隆起破坏，墙体 就会失稳，所以在施工前必须查明地层情况及滞水层或承压水层的水头情况。稳 定性验算按下式进行：
图 4 第一道内支撑模型平面
9
圈梁组合应力
圈梁剪应力
钢管轴力
钢管组合应力
由以上计算结果可知，第一道圈梁 2HW588×300 型钢最大组合应力为 59.8MPa，剪应力为 21.0MPa，φ630×10mm 钢管最大轴力 700.5KN，最大组合应 力为 46.4MPa，λ＝14000/219=64，查得φ＝0.786，46.4MPa<0.786×170＝ 133MPa. 第三道内支撑计算：
度钢板桩计算。第一道内支撑(导向撑)采用弹性支座，第二、三、四、五道内支
撑处均采用只受拉弹性支座，弹性支撑参数根据内支撑平面模型加载后求得，第
一道内支撑处为 42.2KN/mm，第二、三道内支撑处为 68.4KN/mm，第四、五道内
支撑处为 108.2KN/mm。围堰抽水时采用等值梁法，根据围堰施工步骤，分阶段
7
弯 矩 图
剪 力 图
反 力 图
工况六计算结果
钢板桩及内支撑计算结果汇总如下：
表 4：钢板桩计算成果表
计算工况
钢板桩应 力(MPa)
安装内支 撑处变形
(mm)
第一道内 第二道内 第三道内 第四道内
支撑反力 支撑反力 支撑反力 支撑反力
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
第五道内 支撑反力
(kN)
工况一
43
5
粉砂
-23.7
-28.9
19.1
32.5
6
表 2：121＃墩承台参数表
墩号
计算水位
围堰顶
承台顶
承台底
河床
121＃
+1.5
+3.5
-10.754
-15.254
-12.1
1
3.2 材料选择 (1)、钢板桩采用项目部提供的拉森Ⅵ钢板桩围堰，每米钢板桩截面特性：
W=2700cm3。 (2)、第一、二、三道圈梁采用 2HM588×300，第四、五道圈梁采用 2HN800×300 (3)、内支撑φ630×10、φ800×12 钢管 3.3 强度检算控制指标