钢板桩围堰计算书

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

第 1 本共 1 本，本册计11页二○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)

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)

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。

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。

图1. 钢板桩围堰布置图(mm)

2计算依据

（1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；

（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；

（3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）；

（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。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。

（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。

表1. 4#墩承台参数表（m）

墩号围堰顶标

高

承台顶标高承台底标高河床标高

4# +28.000 +24.117 +18.117 +24.230 表2. 土层参数表（m）

土层名称土层顶

标高

土层底

标高

层高

容重

（kN/m3）

内摩擦

角（°）

粘聚力

（kPa）

粘土+24.230 +19.320 4.91 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

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

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

2、用等值梁法计算桩的入土深度

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 ：

γγ+=+−=××−××−×××=

××−×p a a (2()290.838.113225.10.91225.1 1.2 1.1

9 1.2 1.2190.83

<0,取y=0m

p a p P a

K K y K H y y

②按连续梁计算等值梁支点反力（即R 1和P 0），受力图如图4、5所示。

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P 0=13.6kN

③ 根据P o 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

故总入土深度：=+0t x y =0+3.8=3.8m

计算入土深度t=1.2t 0＝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 。