钢板桩围堰计算书

苏州西全桥主墩钢板桩围堰计算书

一、工程概括

苏州西全桥跨望虞河为（48.75＋80＋80＋48.75）米一联四跨连续梁形式。35＃、36＃主墩位于望虞河中。主墩承台平面尺寸为10.4×18.2米，高度为4米，其上为6.6×12米，厚度1.5米的加台。主墩桩基为15根Φ1.5米钻孔桩。

35＃、36＃主墩承台结构尺寸如下：

编 号 平面尺寸（m） 高度（m） 承台底标高（m） 承台顶标高（m） 35＃ 36＃

二、围堰的布置及计算假设 1、围堰的布置

在比较2个墩的承台底标高及河床标高后，拟以35＃墩为例，进行钢板桩围堰的设计、计算。钢板桩的具体布置如下图：

10.4×18.2 10.4×18.2 4 4 －11.457 －11.337 －7.457 －7.337 .

.

2、计算假设

本计算中土层参数根据项目部提供的土层资料，按经验取值如下： 编号 .

土层名称 土层顶 土层底 容重内摩擦角粘聚力.

标高 （1） （2）2 黏 土 粉 砂 －4.5 -6.8 标高 －6.8 -16.0 （kN/m3） 19.5 20 （o） 20 24.5 （kPa） 10.5 10 围堰设计时计算水位按＋2.0m考虑。

三、钢板桩围堰设计 1、土压力计算

本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。

以水位标高＋2.0以基准，计算各高度点的水压力、有效土压力。 （1）、主、被动土压力系数

20)＝0.49， ka＝0.7 220 Kp＝tg2(45+)＝2.04， kp＝1.428

224.5 粉 砂：Ka＝tg2(45-)＝0.414， ka＝0.643 224.5 Kp＝tg2(45+)＝2.417， kp＝1.555

2 黏 土：Ka＝tg2(45-（2）、有效主动土压力的计算 a、h＝6.5m时， Pa’=0

b、h＝8.8m（上）时，

Pa’=0.49×9.5×2.3－2×10.5×0.7＝－3.99KN/m2，取Pa’=0

h＝8.8m（下）时，

Pa’=0.414×10×2.3－2×10×0.643＝-3.338KN/m2，取Pa’=0

c、h＝20.5m时，

.

.

Pa’=0.414×（9.5×2.3＋10×11.7）－2×10×0.643＝44.6 KN/m2

（3）、孔隙水压力的计算

a、h＝6.5m时， Pw＝65 KN/m2

b、h＝8.8m时， Pw＝88 KN/m2

c、h＝20.5m时， Pw＝205 KN/m2 （4）、土压力合力

a、h＝6.5m时， Pa＝65 KN/m

2

b、h＝8.8m时， Pa＝88 KN/m2

c、h＝20.5m时， Pa＝44.6＋205＝249.6 KN/m2 2、各施工工况及内力计算

本围堰施工时，按上层支撑已安装，并抽水（吸泥）至待安装支撑下100cm 处，计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。

根据施工工序，分为四个工况；

工况一、围堰第一道支撑加好后，抽水到－4.0m标高时； 工况二、围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到－8.0m标高时；

工况三、围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到－13.957m标高时；

工况四、围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。

在计算时，各阶段钢板桩计算长度按等值梁法确定，从主动土压力与被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。

工况一：围堰第一道支撑加好后，抽水到－4.0m标高时；

有效被动土压力：

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.

h＝6.5m时，Pp’＝2×10.5×1.428＝30 KN/m2 h＝8.8m（上）时，

Pp’＝2.04×2.3×9.5＋30＝74.6 KN/m2

考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高K＝1.6，则：

h＝6.5m时，Pp’＝48KN/m，Pw＝5 KN/m

2

2

h＝8.8m（上）时，Pp’＝119.4 KN/m2，Pw＝28 KN/m2

则，h＝6.5m时，Pp＝53 KN/m

2

h＝8.8m（上）时，Pp＝119.4＋28＝147.4 KN/m2

土压力分布图如下：

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.

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

工况二：围堰第二道支撑加好后，抽水、吸泥到－8.0m标高时；

有效被动土压力：

h＝10m时，Pp’＝2×10×1.555＝31.1 KN/m2 h＝20.5m时，

Pp’＝2.417×10.5×10＋31.1＝284.9 KN/m2

考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高K＝1.62，则：

h＝10m时，Pp’＝50.4 KN/m，Pw＝0 KN/m

2

2

h＝20.5m时，Pp’＝461.5 KN/m2，Pw＝105 KN/m2

则，h＝10m时，Pp＝50.4 KN/m

.

2

.

h＝20.5m时，Pp＝461.5＋105＝566.5 KN/m2

土压力分布图如下：

截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

.

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工况三：围堰第三道支撑加好后，向围堰内注水至围堰外标高，围堰内吸泥、清淤到－13.957m标高时；

有效被动土压力：

h＝15.957m时，Pp’＝2×10×1.555＝31.1 KN/m2 h＝20.5m时，

Pp’＝2.417×4.543×10＋31.1＝141 KN/m2

考虑板桩与土体的摩擦，被动土压力系数提高K＝1.62，则：

h＝15.957m时，Pp＝50.4 KN/m

2

h＝20.5m时，Pp＝228.42 KN/m2

土压力分布图如下：

.

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截取等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩如下：

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.

工况四：围堰封底砼浇注并达到设计强度后，围堰内抽水完成后。

土压力分布图如下：

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各道支撑在四个工况下的最大反力作为圈梁的设计依据，则第一至第三道支撑的支撑反力依次为：

R1＝78.9 KN/m R2＝305.4 KN/m R3＝486.7 KN/m

钢板桩在各工况下所受的最大弯矩：Mmax＝210.7 KN.m，钢板桩拟采用拉森Ⅵ型，其惯性矩为56700cm4/m, 截面弹性模量为2700cm3/m,钢材材质为 SY295。

Mmax210.7106σ=＝＝78.04 Mpa ＜0.6×295＝177 Mpa，符合要求。

2700000w3、坑底土抗隆起验

围堰在水下清淤到－13.957m标高处，须验算坑底的承载力，如承载力不足，将导致坑底土的隆起，所以必须要求钢板桩有足够的入土深度。

.

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本工程坑底抗隆起验算采用滑动圆滑分析法，以坑底O为圆心，以钢板桩入土深度OB为半径作圆交坑底水平线于E、F，再由E作垂直平方线交河床面于D。 则，抗滑力矩＝C1HOB＋OB2C2

＝（10.5×2.3＋10×7.157）×4.543＋3.14×4.5432×10＝1082.9

滑动力矩＝

1qHOB2＝1×(9.5×2.3+10×7.157) ×4.5432 22

=964

K＝

4、封底砼厚度计算

1082.9＝1.12 ＞ 1.1，可满足坑底抗隆起验算！ 964封底砼达到设计强度后,抽干围堰内的水。此时封底砼受到由于内外水土压力差形成的向上的水的浮力P，封底砼必须在自重G、与钢护筒的粘聚力N1及与钢板桩的粘聚力N2作用下抵抗水的浮力P。

本工程拟定封底砼标号为C25，取其设计值ftd=1.23MPa，考虑施工阶段混凝土的允许弯拉应力取1.5倍安全系数，则[σ]=0.82MPa，钢护筒与封底混凝土间握裹力τ=0.12Mpa。砼封底厚度为2.5m, 考虑到封底砼顶面浮浆的存在，则封底砼在计算时取有效厚度为2.0 m。

（1）、砼抗浮力计算

水的浮力 P＝ghs=1000×9.8×15.957×(13.2×20.4-15×3.14×0.752) ＝

3796.7t

封底砼自重G＝v＝2.3×(13.2×20.4-15×3.14×0.752)×2.0＝1116.8t 封底砼与钢护筒的粘聚力

N1＝2×3.14×0.75×2.0×15×12＝1695.6t

封底砼与钢板桩的粘聚力

N2＝（13.2＋20.4）×2×2×12＝1612.8t

.

.

G＋N1＋N2＝1116.8＋1695.6＋1612.8＝4425.2 t ＞ P，满足要求！ (2)、封底混凝土拉应力计算

由于承台封底混凝土与钢护筒及钢板桩形成握裹支撑，其力的传递较为复杂，根据本承台桩基布置情况，将封底砼看成承受均布荷载的三边固定、一边简支的面板结构。

则，作用在砼梁上的荷载p＝15.957×10－2.0×23＝113.6 KN/m2 Mx＝0.06ql2＝0.06×113.6×3.9＝103.7 KN.m

2

My＝0.055ql2＝0.055×113.6×3.92＝95.03KN.m

bh2390020002WxWy2.6109mm3

66Mx103.7106 x0.04MPa＜ ［σ］ 9Wx2.6105、内支撑的设计计算

本工程中支撑圈梁采用H588型钢，支撑钢管采用Φ530（壁厚10mm）和Φ630（壁厚12mm）。

H588型钢的截面特性如下：

A=18576mm2 I=113283.85cm4 W=3853.2cm3

Φ530（壁厚10mm），其截面特征如下：

A=16336.3mm2 W=4.17×106mm3 I＝5.52×108mm4; i=单位重量：q=128.24kg/m

.

I=183.88mm A.

Φ630（壁厚12mm），其截面特征如下：

A=23298.1mm2 W=7.064×106mm3 I＝11.13×108mm4; i=单位重量：q=182.9kg/m

第一道支撑经SAP2000计算结果如下：

I=218.5mm A

（弯矩图）

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（轴力图）

a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，

Mmax＝153.51 KN·M， Nmax=497.5 KN

M497.5103153.51106N则，σ＝±＝+=26.8+37.9=64.7 MPa≤f, 强

185761.053853200AxW度符合要求！

b、支撑钢管所受最大轴力N＝591.5KN，计算长度L＝4.2 m,

l4.2由=＝＝22.8 ; 查表得：＝0.963

i0.184591.5103Nσ＝＝＝37.6 MPa≤f,整体稳定性符合要求！

A0.96316336.3第二道、第三道支撑布置、材料规格均相同，取受力较大的第三道支撑验算。第三道支撑经SAP2000计算结果如下：

.

.

（弯矩图）

（轴力图）

a、由计算可知，圈梁最不利荷载出现在长边圈梁上，

Mmax＝994 KN·M， Nmax=3069.1 KN

M9941063069.1103N则，σ＝±＝+=82.6+122.8=205.4MPa≤f,

1.05770638037152AxW强度符合要求！

.

.

b、支撑钢管所受最大轴力N＝3775.3 KN，计算长度L＝4.2 m,

l4.2由=＝＝22.8 ; 查表得：＝0.963

i0.1843069.1103Nσ＝＝ ＝195.1 MPa≤f,整体稳定性符合要求！

A0.96316336.3

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