钻孔平台计算(终)

毛集特大桥149#-160#墩、195#-201#墩钻孔平台计算书
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二〇一六年六月·太原
目录
一、钻孔平台概况 (1)
二、计算依据 (2)
三、检算荷载 (3)
四、结构检算 (5)
1．整体模型 (5)
2．MIDAS结构检算 (6)
（1）桥面钢板 (6)
（2）分配梁I25a (6)
（3）贝雷梁 (7)
（4）桩顶垫梁2I56a (8)
（5）桩间连接系[20a (9)
（6）钢管桩检算 (10)
3.钢管桩承载力计算 (12)
五、计算结论 (12)
毛集特大桥水中墩钻孔平台计算书
1工程概况
毛集特大桥水中墩分两个河段，两个河段钻孔平台设计均为贝雷梁型钻孔平台，根据钻孔灌注桩和承台尺寸，钻孔平台分为四种形式。

其中149#-160#墩主墩中心距钢栈桥边线距离拟定为13.1米，195#-201#墩主墩中心线离栈桥边线距离为14.5米。

一号钻孔平台：平台尺寸为21m×21m，适用于149#～153#墩施工（承台外形尺寸10.2m×4.8m）；二号钻孔平台：平台尺寸为21m×21m，适用于154#～160#墩施工（承台外形尺寸10.2m×5.6m）；三号钻孔平台：平台尺寸为24.4m×21m，适用于195#～200#墩施工（承台外形尺寸10.8m×8.4m）；四号钻孔平台：平台尺寸为24m×24m，适用于201#墩施工（承台外形尺寸12.3m×9m）。

平台分为设作业支道区和平台作业区两部分，钻孔平台中间平台作业区部分待钻孔桩施工完毕后拆除，两侧作业支道作为承台、墩身施工起重设备及车辆作业支道，待该桥墩全部施工完毕后方可拆除。

因四种形式平台结构形式基本一致，下面以一号钻孔平台为例检算平台结构受力。

一号钻孔平台尺寸为21m×21m，钢管桩基础为Φ529×8mm钢管，共计18根，桩长18m。

钢管桩横梁为2I56c工字钢，工字钢上安放18片（6组）贝雷梁，两组贝雷梁中心距为2.25m和2.90m两种，贝雷梁上按0.375m间距横向布置I25a工字钢作为分配梁，分配梁上纵向满铺8mm钢板，φ48mm钢管作为桥面栏杆。

钻孔平台结构见图1所示：
图1 149-153#墩钻孔平台结构图
2计算依据
（1）《毛集特大桥149～153号墩钻孔平台结构图》
（2）《公路桥涵设计通用规范》
（3）《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
（4）《桥涵》(下册)
（5）《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金等编著）人民交通出版社。

对Q235钢取[σ]=215MPa，[τ]=125MPa。

对贝雷梁结构的容许轴力取弦杆560kN，竖杆210kN，斜杆171.5kN。

3计算荷载
（1）结构自重由软件自动计算。

（2）恒载考虑1.2的分配系数，活载考虑1.4的分配系数。

（3）恒载：结构自重。

（4）活载：10m3混凝土罐车，80t旋挖钻机荷载（自重+施工荷载）及50t履带吊（自重+施工荷载30t），详见图2所示。

a.旋挖转机结构尺寸图
b.50t履带吊结构尺寸图
c.10m3混凝土罐车结构尺寸图
图2 设计荷载尺寸图
（5）流水压力
根据《公路桥涵设计通用规范》，作用在桥墩上的流水压力：
作用在桥墩上的流水压力：
g
KA
P
2
2
γν
=(kN)
K——形状系数，圆形取0.8；
γ——水的容重10kN/m3；
g——重力加速度9.81m/s2；
ν——平均水流速度2m/s；
A——阻水面积，取6.0m长度计算，则面积为3.18m2；
施工区域流水流速2m/s，代入公式则流水压力为：
g
KA
P
2
2
γν
=，求得P=4.68kN。

水流力作用在设计水位以下1/3水深处，即为水深2m 处。

（6）风荷载
按《公路桥涵设计通用规范》第4.3.7条规定
wh d wh A W K K K F 310=
F wh ——横桥向风荷载标准值（kN ）；
K 0——设计风速重现期换算系数，取0.75；
W d ——基准风压，查附录A ，取寿县地区50年一遇，基本风压值0.35kpa 计算； K 3——地形、地理条件系数，根据规范表4.3.7-1，一般地区取1.0；
K 1——风载阻力系数， 单片贝雷桁架净面积：A n =1.25m 2 ，单跨栈桥上部结构贝雷桁架净面积：A n =1.25×7=8.75m 2 ，单跨栈桥上部结构横向分配梁I25迎风向净面积：A n =21/0.375×0.00535=0.30m 2，8mm 钢板迎风面积0.008×21=0.17m 2，单跨栈桥上部结构迎风向轮廓面积：A =21×1.75=36.75m 2，面积比：（8.75+0.30+0.17）/21=0.44，根据规范表4.3.7-4，取1.65。

A wh ——单跨栈桥上部结构横桥向迎风面积，21×1.75=36.75m 2。

单跨栈桥上部结构：
kN F wh 91.1575.3635.00.165.175.0=⨯⨯⨯⨯=
作用于栈桥梁部中心位置，简化为直接作用在钢管桩顶部，则每根钢管桩受到的风压力荷载为5.30kN 。

4结构检算
检算工况：现按结构最不利工况对149～153号墩钻孔平台进行结构受力检算。

此工况下，1台履带吊在作业支道上吊装作业，1台旋挖钻在平台上进行钻孔施工，1台10m 3混凝土罐车在作业支道上进行混凝土浇筑施工。

4.1整体模型（以两跨连续梁进行检算模型）见图3所示。

图3 计算模型图
4.2结构受力分析
⑴桥面钢板，δ=8mm。

图4 钢板组合应力图(N/mm2)
钢板的最大组合应力为24.41Mpa<215Mpa，满足强度要求。

⑵分配梁I25a
图5 分配梁剪切应力图(N/mm2)
图6 分配梁组合应力图(N/mm2)
图7 分配梁变形位移图(mm)
分配梁的最大剪切应力8.27Mpa<125Mpa，最大组合应力为34.45Mpa<215Mpa，结构满足强度要求。

工字钢分配梁I25a最大变形10.42mm＜l/400(=21000/400=52.5mm)，刚度符合要求。

⑶贝雷梁
图8 贝雷梁剪切应力图(N/mm2)
图9 贝雷梁组合应力图(N/mm2)
图10 贝雷梁变形位移图(mm)
贝雷梁的最大剪切应力78.75Mpa<208Mpa，最大组合应力为191.15Mpa<273Mpa，贝雷梁抗剪及组合应力满足强度要求。

贝雷梁最大变形10.42mm＜l/400(=9800/400=24.5mm)，刚度符合要求。

⑷桩顶垫梁2I56a
图11 桩顶垫梁剪切应力图(N/mm2)
图12 桩顶垫梁组合应力图(N/mm2)
图13 桩顶垫梁变形图(mm)
桩顶垫梁的最大剪切应力23.18Mpa<125Mpa，最大组合应力41.37Mpa<215Mpa，结构受力满足强度要求。

桩顶垫梁最大变形 3.88mm＜l/400(=5250/400=13.12mm)，刚度符合要求。

⑸桩间连接系[20a
图14 桩顶垫梁组合应力图(N/mm2)
图15 钢管桩间剪刀撑轴力图(kN)
桩间连接系最大组合应力为22.62Mpa<215Mpa，结构受力满足强度要求。

剪刀撑焊缝强度：剪刀撑的最大轴力52.01kN，采用6mm焊缝，焊缝强度取值120MPa，计算焊缝长度如下：L=52.01×1000/(6×0.7×120)=103.20mm，[20a槽钢与连接板间的满焊长度为200mm，因此焊缝长度满足要求。

⑹钢管桩检算（上部结构恒载、活载及动水压力、风荷载）
图16 钢管桩轴向应力图(N/mm2)
图17 钢管桩组合应力图(N/mm2)
图18 钢管桩位移变形图(mm)
图19 钢管桩竖向承载力图(kN)
①钢管桩强度：在履带吊、旋挖转、混凝土罐车及风压力、动水压力的共同作用下，钢管桩的最大轴向应力39.28Mpa<125Mpa，最大组合应力为64.13Mpa<215Mpa，结构满足强度要求。

单桩需提供的最大竖向承载力为483.99kN。

钢管桩最大水平变形为3.18mm＜l/250(=12000/250=48mm)，刚度符合要求。

②稳定性：直径529mm，壁厚8mm螺旋钢管回转半径i=184.2mm，长细比λ=l0/i=12×1000/184.2=65.15，查《钢结构设计规范》附表，得稳定系数φ=0.78。

σmax =N /(φA )=483.99×1000/（0.78×13087）=47.41Mpa<182MPa =(1.3×140MPa ；其中，
1.3为临时结构应力提高系数)，故稳定性满足要求。

5钢管桩承载力计算
根据《建筑地基基础设计规范》（JGJ 94-2008）公式（5.3.7-1），单桩竖向承载力按主桥155号墩位处河床地质为例计算，管桩桩采用φ529mm ，δ=8mm ，长18m,平台顶面标高为+22.25m ，桩顶标高为+19.932m ，河床标高+13.5m ，桩顶至河床面为
6.432m ，钢管桩入土11.568m ，桩底标高+1.932m ，则钢管桩承载力标准值Q uk ：
p uk A q l q u Q pk p i sik λ+=∑
根据勘查资料提供的数据，155墩位处土层参数（从河床依次向下）：
①粉土，稍密，入土7.4m ：极限侧摩阻力（估值）kPa q sik 30=，极限端阻力（无参数）忽略。

②细砂，中密，入土 4.168m ：极限侧摩阻力（估值）kPa q sik 35=，极限端阻力（无参数）忽略。

[]kN Q 34.6123517.4304.753.014.3uk =⨯+⨯⨯=
钢管桩桩长18m ，入河床11.568m 时，能提供的竖向力标准值为612.34kN ，大于管桩需要的提供的最大竖向承载力483.99kN （单桩最大承载力），所以钢管桩入土深度满足要求。

6计算结论
通过上面的MIDAS 整体建模计算可知， 1台履带吊在作业支道上吊装作业，1台旋挖钻在平台上进行钻孔施工，1台10m 3混凝土罐车同时在作业支道上进行混凝土浇筑施工时，钻孔平台结构设计满足受力要求，安全可靠。

钢管桩单桩承载力不得小于50t ，因河床起伏较大，地质存在差异，建议在施工前，先做钢管桩承载力试验，以取得可靠参数，作为控制钢管桩入土深度参考。