郑焦黄河特大桥主桥钢板桩围堰计算.doc

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1、郑焦黄河特大桥主桥钢板桩围堰施工设计计算书计算:复核:审核:-20-主桥承台钢板桩围堰施工计算一、计算总说明:郑焦黄河特大桥主桥承台钢板桩围堰设计时,围堰采用拉森Ⅳ型钢板桩,以下设计检算根据拉森Ⅳ型板桩参数、中铁工程咨询集团公司提供《新建郑州至焦作铁路工程郑州黄河大桥施工图》,并参考《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)等资料。本计算书对水中中墩围堰(施工70#、72#、74#、76#、78#墩)、水中边墩围堰(施工71#、73#、75#、77#墩)、滩地中墩围堰(施工68#墩)、滩地边墩围堰(施工69#墩

2、)等四种围堰类型进行设计、检算。二、水中中墩围堰:(一)、计算参数:中墩承台分为上下两层,上层厚度为2.0m,下层厚度为4.5m;上层承台平面轮廓尺寸为28.0×10.0m,下层承台平面轮廓尺寸为29.7×19.1m。下层承台顶标高:+91.67m。根据下层承台平面尺寸,确定钢板桩围堰的内部空间平面尺寸为32.0×21.6m。拉森Ⅳ型板桩参数如下:I=31574cm4W=2037cm3(按每延米计),屈服强度=200MPa。板桩长16米,桩顶标高+96.00m。围堰计算的桥位设防水位标高:+95.50m,水流速度V=3m/s,河床标高范围为90.78m(70#墩)—92.

3、69m(74#墩)。地质情况:细砂层。土的重度γ=19KN/m3,内摩擦角j=35°,粘聚力C=0KPa(对围堰受力计算有利)。(参照-20-公路桥涵地基与基础设计规范取j角值,经验取γ值)(二)、荷载计算(土压力、水压力)板桩入土深度计算中,土压力按朗金理论计算。主动土压力系数:Ka=tan2(45°-j/2)=0.271tan(45°-j/2)=0.52057被动土压力系数:Kp=tan2(45°+j/2)=3.69tan(45°+j/2)=1.921水流力:q流=(1.3×10×32)/(2×10)=5.85KN/m2静水压力:q水=γwh水土分算法确定砂土、水的水

4、平荷载及抗力标准值如下:水平荷载标准值:;水平抗力标准值:;其中γf=γ-γw(简化)。(三)、封底混凝土计算由于底层土属于渗水较小的细砂层。土围堰采用排水开挖形式,在封混凝土浇注完成后,围堰内侧四角设置排水设备,通过排水减少围堰外测与内侧水头差。故不需要计算封底混凝土所受的水浮力。取封底混凝土厚为1m,则其底部标高为:+86.17m。(四)、初步确定内支撑的层数及间距当围堰开挖到最底时,并根据承台位置布置内支撑如下:-20-(五)、钢板抗倾覆稳定性检算计算工况为第三层内支撑安装完成,开挖至封底混凝土底时。假定钢板桩在土压力作用下绕最下层支撑处转动,不考虑基坑尺寸的影响。

5、根据钢板桩上土压力分布图,根据假定,及图中几何关系,可得:,满足安全系数要求。(六)、各工况计算及结果(等值梁法)1、工况一:在板桩插打完成后,安装第一层内支撑及圈梁之前,围堰内先抽水至+94.50m。此工况,在70#墩处钢板桩受力最不利,受力状况如下:-20-建立模型分析,结果如下:经计算,板桩最大应力σmax=73.7MPa,满足要求;最大扰度r=0.063m<6/40=0.15,满足要求。(弹性地基梁m值法:σmax=88.2MPa;r=0.074m)2、工况二:-20-在完成第一层内支撑及圈梁后,安装第二层内支撑及圈梁之前,围堰内抽水(或开挖)至+91.70m。此

6、工况,在70#墩处钢板桩受力最不利,受力状况如下:建立模型分析,结果如下:经计算,板桩最大应力σmax=43.56MPa,满足要求;最大扰度r=0.004m<6/40=0.15,满足要求。-20-内支撑反力:R1=62.04KN(弹性地基梁m值法:σmax=52.33MPa;r=0.008m;R1=67.98KN)3、工况三:在完成第二层内支撑及圈梁后,将第一层内支撑拆除安装第三层内支撑及圈梁之前,围堰内开挖至+88.40m。此工况,在74#墩处钢板桩受力最不利,受力状况如下:建立模型分析,结果如下:经计算,板桩最大应力σmax=103.2MPa,满足要求;-20-最大扰

7、度r=0.012m<6/40=0.15,满足要求。内支撑反力:R2=229.33KN。(弹性地基梁m值法:σmax=80.79MPa;r=0.012m;R2=215.09KN)4、工况四:在完成第三层内支撑及圈梁后,围堰内开挖至+86.17m即封底混凝土底。此工况,在74#墩处钢板桩受力最不利,钢板桩受力状况如下:建立模型分析,结果如下:-20-经计算,板桩最大应力σmax=196.5MPa,满足要求;最大扰度r=0.021m<6/40=0.15,满足要求。内支撑反力:R3=193.82KN(弹性地基梁m值法:σmax=151

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