钻孔平台设计计算

330.18
57.9
92.6
5.4
0.52
2.808
4.00
0.2669
0.1180
50.77
330.18
39.0
65.0
以Mmax=347.6kN·m、Nmax=-1218.95KN、Qmax=50.77KN为复核内力求最大应力，进行强度复核：
钢管桩Wx=0.0051 ，A=0.025 ，Ix=404638cm4，
考虑吊装荷载总重量（50＋25）×1.1＝82.5，履带长4.7m，履带宽0.76m，则每侧履带荷载为82.5/2/4.7＝87.8KN/m，均匀分布于两条履带上。
受力图示为以下5种情况：
图5.1单跨履带吊荷载图示
图5.2双跨履带吊荷载工况1
图5.3双跨履带吊荷载工况2
图5.4自重荷载图示
图5.5 双跨自重荷载图示
考虑到钢管桩入土较深，钢管桩打入较为困难，建议使用135kw振动锤打设。
（6）平联
受力较小在30KN以内，此仅作压杆的最大长细比分析：
对于2[]36：
满足要求。
五、栈桥贝雷片计算分析
栈桥面层机构同江东九桥设计，荷载相同，并已成功实施，此不做计算。以下仅对贝雷桁架纵梁予以计算。
栈桥标准跨径18m，宽度6m，单行道设置，在平台区域错车。最大通行能力50t履带吊，车距控制15m以上，栈桥设计参数同平台。
表4.2工况二各构件内力汇总表
序号
名称
受力
N(KN)
Mx(KN·m)
My(KN·m)
Qy(KN)
1
钢管桩
-1218.95
-330.18
50.77
2
平联
-7.57
-4.34
3
分配梁HN600x200
221.18
-172.22
4
2HN600x200
-378.0
294.9
5
3HN600x200
651.6
670.4
（2）冰面标高：低于+51.4。
（3）流速1.05m/s左右。
综合考虑上述因素，取+52m为设计凌汛水位，设计凌汛流速1.5m/s，冰块最大尺寸5.0mX15m,厚度10cm；尽可能加大栈桥跨径避免阻冰。
4、河床冲刷深度的考虑
（1）设计文件提供的成桥后冲刷计算成果为一般冲刷11.79m，局部冲刷13.94m。
剪应力：
τ= MPa<[τ]=85MPa，满足要求。
主应力σ1= =98.4MPa<1.1[σ]=160MPa，满足要求。
(3)桩顶分配梁
对于3HN600×200：
Mmax＝-990.37KNm，Qmax＝230.26KN
3HN600×200：Wx=7830cm3，A=405.6cm2，
则最大弯应力
M0Bm
MZ（kN·m）
0
0.52
0
4.00
0
1
50.77
330.18
330.2
330.2
2
0.52
1.04
4.00
0.7327
0.8362
50.77
330.18
276.1
347.6
2.1
0.52
1.092
4.00
0.7452
0.817
50.77
330.18
269.8
342.5
2.2
0.52
1.144
6)冲刷深度：6m
7)设计高水位：+53.50m
8)凌汛设防水位：+52.00m
9)设计流速：3.8m/s
10)冰速：+1.50m/s
2、主要荷载计算
1)流水压力：
按公式：
计算
式中：F1——钢管桩受的水流作用力，kN；
ξ1——挡水形状系数,矩形采用1.0，流线型采用0.75；
γ1——水的容重，10kN/m3；
强度复核：
强度验算：
满足要求。
稳定性验算：
满足要求。
（5）钢管桩入土深度分析
钢管桩最大轴力1218.95KN，桩总入土深度24.5m。考虑6m冲刷后，有效入土深度为18.5m，其中：
厚度
桩侧极限摩阻力
桩底承载力
亚砂土
4.5m
40kPa
粉砂
3m
40kPa
亚粘土
1m
45kPa
亚砂土
6m
40kPa
亚粘土
4m
调砂阶段，河床冲刷深度大于5m时，暂停施工，加强防护、冲刷稳定后恢复施工。
5、风速的考虑
设计文件提供的最高风速为23m/s。
三、设计参数及主要荷载计算
1、设计参数取值
1)平台顶标高：+55.62m
2)钢管桩顶标高：+53.35m
3)钢管桩底标高：+24.91m
4)护筒顶标高：+55.40m
5)护筒底标高：+39.41m
钻机、履带吊的不同布置方式，对平台各部分结构受力影响十分大。
按照相邻孔不同时钻进的原则，钻机和履带吊具有代表性的布置方式有以下三种：
图4.1布置形式一
图4.2布置形式二
图4.3布置形式三
3、钻孔平台内力计算
采用sap2000建模计算结构内力，计算空间简化模型见下图：
图4.4平台计算模型
（面板及工12.6作为荷载施加在模型上，并对轮压进行分配）
0.7316
50.77
330.18
241.6
316.5
2.6
0.52
1.352
4.00
0.7662
0.7084
50.77
330.18
233.9
308.7
2.7
0.52
1.404
4.00
0.7646
0.6851
50.77
330.18
226.2
300.9
5
0.52
2.6
4.00
0.3546
0.1755
50.77
τ= MPa<[τw]=85MPa，满足要求。
（2）分配梁HN600
分配梁为HN600×200，由表5.1~4可知，最大弯矩M=256.9kNm，最大剪力Q=-169.63KN
HN600×200：Wx=2610cm3，A=135.2cm2，
则最大弯应力
σ=M/Wx=256.9kNm /2610cm3=98.4MPa<[σ]=145MPa，满足要求。
（3）进场后通过对上游50m处的浮桥管理人员以及附近村委会负责人员的问讯，得出以下结论：水库蓄水以后近10年来，最高水位出现在7、8月份调砂时段，最高水位未漫过北岸麦田（标高+53.10m）。
（4）近3年的水文资料显示，最高水位出现在6、7、8月，最高水位分别为52.94m、52.89m、52.92m。
230.26
4、钻孔平台强度及稳定性复核
（1）行道梁工12.6
在履带吊车作用下，最大弯矩M=10kNm，最大剪力Q=25KN。
工12.6：Wx=77.5cm3，A=18.1cm2，
则最大弯应力（跨中位置）：
σ=M/Wx=10kNm /77.5cm3=129MPa<[σw]=145MPa
剪应力（支点位置）：
4.00
0.7536
0.7965
50.77
330.18
263.0
336.6
2.3
0.52
1.196
4.00
0.7612
0.7757
50.77
330.18
256.1
330.4
2.4
0.52
1.248
4.00
0.7646
0.7537
50.77
330.18
248.9
323.5
2.5
0.52
1.3
4.00
0.76761
表4.3工况三各构件内力汇总表
序号
名称
受力wk.baidu.com
N(KN)
Mx(KN·m)
My(KN·m)
Qy(KN)
1
钢管桩
-1132.08
-332.56
51.04
2
平联
-7.88
-4.41
3
分配梁HN600x200
-256.9
-169.63
4
2HN600x200
389.94
-122.22
5
3HN600x200
-990.37
50kPa
150kPa
则其单桩承载力为：
[P]=0.7×[π×0.826×（4.5×40+3×40+1×45+6×40+4×50）+π×0.82×0.01×150]=1427.9kN
Nmax=1218.95＋36.9（钢管桩自重）＝1255.9KN<[P]=1427.9kN
故钢管桩的入土深度满足要求。
（2）历史最大洪水冲刷深度8m左右。
（3）通过对水文站的调查了解到：冲刷发生在调砂期，调砂结束后河床回淤，但具体数据无。
主槽内上部河床为亚砂土，地面高程为＋45.2（43.7m8）综合考虑经济因素，取6.00m为设计冲刷深度。同时采取以下工艺措施：
实施河床砂袋防护（具体见后防护工艺）；
加强河床监测，在冲刷大于5m时，及时加强防护；
平台荷载图示见下图：
图4.5水流荷载
冰撞荷载模型如下：
图4.6冰撞荷载分布
图4.7泥浆荷载
图4.8布置形式一对应的钻机荷载
图4.9布置形式一对应的履带吊荷载
图4.10布置形式二对应的钻机荷载
图4.11布置形式二对应的履带吊荷载
图4.12布置形式三对应的钻机荷载
图4.13布置形式三对应的履带吊荷载
经过计算得出各种荷载分布形式下结构内力，并统计如下表：
表4.1工况一各构件内力汇总表
序号
名称
受力
N(KN)
Mx(KN·m)
My(KN·m)
Qy(KN)
1
钢管桩
-1175.3
-331.3
-50.9
2
平联
-7.54
-4.33
3
分配梁HN600x200
210.44
-168.44
4
2HN600x200
374.2
124.4
5
3HN600x200
547.4
173.7
σ=M/Wx=990.37kNm /7830cm3=126.5MPa<[σ]=145MPa，满足要求。
剪应力：
τ= MPa<[τ]=85MPa，满足要求。
主应力σ1= =126.9MPa<1.1[σ]=160 MPa，满足要求。
对于2HN600×200：
Mmax＝－362.62KNm，Qmax＝-352.61KN
第二部分钻孔平台计算书
一、计算依据
1、《鄄城黄河大桥施工图》
2、《鄄城黄河大桥地质水文资料》
3、《公路桥涵设计通用规范》
4、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
5、《桥涵》（下册）
二、设计条件及标准
1、基本原则
安全性原则：满足泄洪、凌汛要求；
可实施性原则：充分考虑可用设备的性能。
经济性原则。
2HN600×200：Wx=5220cm3，A=270.4cm2，
则最大弯应力
σ=M/Wx=362.62kNm /5220cm3=69.5MPa<[σ]=145MPa,满足要求。
剪应力：
τ= MPa<[τ]=85MPa，满足要求。
主应力σ1= =70.6MPa<1.1[σ]=160 MPa，满足要求。
（4）钢管桩强度、稳定性分析
根据上表可知，各种工况下，钢管桩在地面线位置所受最大内力：
最大弯矩M0=-330.18kN·m；
最大剪力Q0=50.77KN；
最大轴力Nmax=-1218.95KN。
采用m法求Mmax，过程见下表：
表4.4m法计算结果表
z(m)
α
Z1=αZ
αh
Am
Bm
Q0（kN）
M0（kN·m）
A——钢管桩入水部分在垂直于水流方向上单位长度上的平面投影面积。
V——水的流速，V=3.8m/s；
g——重力加速度，g=9.81m/s2。
最大冲刷深度：通过主动防护、及时监控，保证局部冲刷深度不超过5m，计算取6m，对应水深H=10m。
钢管桩的直径φ=0.82m
桩群垂直水流方向的分布宽度Bm=0.82m
（5）地方修筑的大堤标高仅54.0m至54.5m，水位超过+54.0m时段，施工无法延续。
综合考虑上述因素，取+53.50m为设计洪水位，设计流速3.8m/s。
3、凌汛水位的考虑
设计文件未提供冰块情况、凌汛标高。
进场后对孙口水文站和地方村委会进行了调研，情况如下：
（1）冰块尺寸：98年小浪底水库建成蓄水后，较大的冰块尺寸普遍在2.0m以内,最大冰块宽度5m,长度15m，厚度4至6cm；
作用在钢管上的水流力（线荷载作用于钢管水面下1/3水深处）：
Fw=KAγV2/(2g)=0.8×0.82×10.5×10×3.82/2/9.81=50.7kN
2)流冰压力：
按漂流物撞击进行计算：
式中：W—漂流物重力（KN），应根据河流中漂流物情况按实际调查确定了；
V—冰流速度（m/s）；
T—撞击时间（s），应根据实际资料估计，在无实际资料时，一般用1s；
g—重力加速度9.81（m/ ）
W=5×15×0.1×0.9=67.5KN
计算：
三、计算工况
1、单桩插打工况
2、平台悬臂搭设工况
3、钻孔施工工况
4、平台拆除工况
上述工况中，钻孔施工工况，荷载较大，重点对该工况进行分析计算。
四、结构强度验算
1、钻孔施工工况荷载分析
在此工况下荷载包括：
水流压力：
Fw=KAγV2/(2g)=0.8×0.82×10×10.5×3.82/2/9.81=50.7kN/m
2、洪水位的考虑
（1）根据设计文件提供的10年一遇水位为54.76m，流速4.0m/s。该水位由于上游小浪底水库的修建，受到较大影响；
（2）设计文件提供的资料显示最近的一次洪水发生在1982年,水位+54.0m；1986年上游的刘家峡水库建成后，未发生较大洪水，尤其98年小浪底水库建成蓄水后，水位明显降低。
平台和栈桥水流压力不考虑折减。
泥浆重量:共200t,均匀分布于下游区平台宽度4m范围内；
两台钻机重量：最终状态整机加全部附属重量80t；
一台履带吊重量：自重45t，考虑25t吊重（钻机主机部分）；
平台自重；
平台荷载组合为：1.10（1台履带吊+2台钻机）+1.05（平台自重）+泥浆重量+水流荷载
2、钻孔施工荷载分布
图5.5最大弯矩图示