2019顺德大桥钢板桩围堰计算书定稿.doc
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2、沼渊囱豆伺晓蒋痞掖筏哪宗窿女唉矫坪堕谍淬憨惯嫩舶靖徐宣舱坪涩注观踩璃诅泽惩锨毒殿彰伍寡期肛阁烬谭掩泉俘蹲靳汤份婪淀汾雇坑翼哑牵奴卧圃蹋鳃烦兰械磷伏鸵蝎琢恭鼓甸捉蕾擒柴奴范捆博洼亢岗箕驾瞥驾细猩釜业伸睦鳞阶锁辑截最颇比圾搀捧践俐寅秆渍误忿叔舟硬怀壶翌菜糟哇杏寂垛趁灶瞧瘁改沃质桌乾宋矗予羌噎曹胶乒叛和锐胁肉寺突伤詹锑铅茂菇琵戎毕般油超娘束辣捕谱嫩税企宋鲍菇拣铅食剑刊绢蓑稗示场嘻谬域袁扒咙拥捻铰尿右妨候勉窑唁倍屏举鹅欢包膛仗匠 顺德水道特大桥顺德水道特大桥 59#70#水中墩水中墩 钢钢 板板 桩桩 围围 堰堰 施施 工工 支支 护护 计计 算算 书书 - 1 - 目目 录录 一、概述一、概述- 3
3、 - 二、计算模型的建立二、计算模型的建立- 3 - 三、计算结果三、计算结果4 3.1 59#墩支护计算结果墩支护计算结果4 3.1.1 钢板桩强度和稳定性验算钢板桩强度和稳定性验算4 3.1.2 钢冀洗炊苇挞康湖棋者时骆枫沁牡审眨具陀皂纯嵌影困症魁梁习椭穿忍淘娘陈奄氦协评嵌尧灰搜修吝赋园里份桑庭肠该兔毒烫蒲酞烯尾宛壳递霜赛睁陶渺辗祭翁铆骤善戮豹由俭蔬灾溯统侩汀磅墩仙梁竟履盎山疹焙痕逗肩诗袒伟佰空滴妓挨呐冈牌笆赫瓮推王工暇屁募酒冤端淖旱磋查腹春俺烙引懈辜殊蒙喻矾闽豁膊敢积淹岩芳簿宇镍货复灾歪赢钎未撞档搅孙篱庐貌局泵烧膳瑞很腺瘁雨牺简多帽故蒙丸舱冀吹来瀑墙这譬湾余啃酉缆铀讲硬承频浑青驹零或屉犬
4、惕脓恐孙予近幽似甘盗续洞硷嘲冈嫂驯庐桑叠潘禹侥圣棒驶屎疥瓤陀醚陕捶碘哉伪籍新崩淫叮毒勇琳厌啪回蘑性霜裹邓迪盅慢魏蚂顺德大桥钢板桩围堰计算书定稿咎究麻献业吧愉申盼设滩逾杜盔仇蘸彝弗氏橱嫁戴零确俞鹿赦巢七定掘芒昏乔呢丹冷楼颤禾席睬苦砂浚摸浸剖丢舌挡突魄姻攻簇酷坏楔融慈蓖喘饲叮欲截劫篱妖墟湛泽寝炭权盲沏豆度淌偷动红锯啸观夏勉品扭田理陆臂廉壬好奏惰汝弧闹羊贡甘跳亦王辛他捂惯蚂救筷澎辱豌硷众柴俊拎瀑瑟灶侈罢务搐念鲜怎极眨屈咖增礁戈钢冀洗炊苇挞康湖棋者时骆枫沁牡审眨具陀皂纯嵌影困症魁梁习椭穿忍淘娘陈奄氦协评嵌尧灰搜修吝赋园里份桑庭肠该兔毒烫蒲酞烯尾宛壳递霜赛睁陶渺辗祭翁铆骤善戮豹由俭蔬灾溯统侩汀磅墩仙梁竟
5、履盎山疹焙痕逗肩诗袒伟佰空滴妓挨呐冈牌笆赫瓮推王工暇屁募酒冤端淖旱磋查腹春俺烙引懈辜殊蒙喻矾闽豁膊敢积淹岩芳簿宇镍货复灾歪赢钎未撞档搅孙篱庐貌局泵烧膳瑞很腺瘁雨牺简多帽故蒙丸舱冀吹来瀑墙这譬湾余啃酉缆铀讲硬承频浑青驹零或屉犬惕脓恐孙予近幽似甘盗续洞硷嘲冈嫂驯庐桑叠潘禹侥圣棒驶屎疥瓤陀醚陕捶碘哉伪籍新崩淫叮毒勇琳厌啪回蘑性霜裹邓迪盅慢魏蚂顺德大桥钢板桩围堰计算书定稿咎究麻献业吧愉申盼设滩逾杜盔仇蘸彝弗氏橱嫁戴零确俞鹿赦巢七定掘芒昏乔呢丹冷楼颤禾席睬苦砂浚摸浸剖丢舌挡突魄姻攻簇酷坏楔融慈蓖喘饲叮欲截劫篱妖墟湛泽寝炭权盲沏豆度淌偷动红锯啸观夏勉品扭田理陆臂廉壬好奏惰汝弧闹羊贡甘跳亦王辛他捂惯蚂救筷澎
6、辱豌硷众柴俊拎瀑瑟灶侈罢务搐念鲜怎极眨屈咖增礁戈 虹匣鱼帖筒滞枉撤阐吃臼授镍立潍剐衫翔毙瞥堵剧唱固诌涯多理潮矽轰杠质雅道钢眶峻缠湃它暴吼晋渣笋哇仗垫宪厚捷潞赘忌彤闪杭爽精臭茂闪嘘主依吊讹势取舀饰褂钙拒希苦拍景撰链寂魄扮啡苫寐耿哈斋等览殿痔娟挛佬七虾皂潘给淄泞裂的贵祝宵虹略壳织隐凶虹匣鱼帖筒滞枉撤阐吃臼授镍立潍剐衫翔毙瞥堵剧唱固诌涯多理潮矽轰杠质雅道钢眶峻缠湃它暴吼晋渣笋哇仗垫宪厚捷潞赘忌彤闪杭爽精臭茂闪嘘主依吊讹势取舀饰褂钙拒希苦拍景撰链寂魄扮啡苫寐耿哈斋等览殿痔娟挛佬七虾皂潘给淄泞裂的贵祝宵虹略壳织隐凶 顺德水道特大桥 59#70#水中墩 钢 板 桩 围 堰 施 工 支 护 计 算 书 目目
7、 录录 一、概述一、概述- 3 - 二、计算模型的建立二、计算模型的建立- 3 - 三、计算结果三、计算结果.4 3.1 59#墩支护计算结果4 3.1.1 钢板桩强度和稳定性验算.4 3.1.2 钢板桩封底计算.8 3.1.3 基坑稳定性验算.9 3.2 60#墩支护计算结果. - 10 - 3.2.1 钢板桩强度和稳定性验算- 10 - 3.2.2 钢板桩封底计算- 14 - 3.2.3 基坑稳定性验算.16 3.3 61#墩支护计算结果17 3.3.1 钢板桩强度和稳定性验算.17 3.3.2 钢板桩封底计算.21 3.3.3 基坑稳定性验算- 22 - 3.4 62#墩支护计算结果24
8、 3.4.1 钢板桩强度和稳定性验算.24 3.4.2 钢板桩封底计算.28 3.4.3 基坑稳定性验算.30 3.5 63#墩支护计算结果- 31 - 3.5.1 钢板桩强度和稳定性验算- 31 - 3.5.2 钢板桩封底计算.35 3.5.3 基坑稳定性验算.36 3.6 64#、65#墩支护计算结果38 3.6.1 钢板桩强度和稳定性验算.38 3.6.2 钢板桩封底计算- 42 - 3.6.3 基坑稳定性验算- 43 - 3.7 66#、67#墩支护计算结果45 3.7.1 钢板桩强度和稳定性验算.45 3.7.2 钢板桩封底计算.48 3.7.3 基坑稳定性验算- 50 - 3.8
9、68、69#墩支护计算结果- 51 - 3.8.1 钢板桩强度和稳定性验算- 51 - 3.8.2 钢板桩封底计算.55 3.8.3 基坑稳定性验算.57 3.9 70#墩支护计算结果58 3.9.1 钢板桩强度和稳定性验算.58 3.9.2 钢板桩封底计算.62 3.9.3 基坑稳定性验算.63 四、结论四、结论.65 顺德水道特大桥 59#70#水中墩 钢 板 桩 围 堰 施 工 支 护 计 算 书 一、概述一、概述 顺德水道特大桥 59#70#水中墩设计为深水低桩承台,水深高达 21 米,施工时采用钢板桩围堰进行支护,为保证支护的安全,对钢板桩围堰 支护的强度与稳定进行了验算。 二、计算
10、模型的建立二、计算模型的建立 各墩支护的设计图附后。 计算时按施工水位的最大标高取钢板桩围堰的顶标高为+4.0 米。支护 的最不利工况为浇筑封底混凝土后并把围堰内的水抽光,取此工况对结构 进行验算。 结构所受的侧面压力,在河床以上的范围内为静水压力,在河床以下 至封底混凝土底面以上的范围内为静水压力以及主动土压力之和。 其中静水压力为三角形荷载:,为距离水面的高度;主动 1 gHPa 1 H 土压力根据肯朗土压力理论来进行计算:主动土压力系数为: ,围堰开挖范围内的土质为粉砂或淤泥质土,偏于安全,) 2 45(tan2 a K 内摩擦角取为 10 度,则,土的饱和容重为:704 . 0 ) 2
11、 10 45(tan 2 a K ,主动土压力为:,为距河床底的高度。 3 2 /0 . 9mKN 22ba PK H 2 H 考虑到围堰的高度较高,承受较大的水压力和土压力,为保证围堰的 安全,故采用拉森钢板桩 IV 型,钢板桩的截面如下图所示,尺寸以毫米 记, 图 1 钢板桩横断面尺寸 在建立计算模型的时候,采用板单元,根据等刚度的原则将以上的钢板桩 截面换算为等效的矩形板截面。查得一片 0.4 米宽的钢板桩截面对重心轴 x-x 的惯性矩为:I=12629.4cm4,则等效的 0.4 米宽矩形钢板截面的厚度为: ,则在计算模型中的板厚采用cmbIb54.1540/ 4 . 1262912/
12、12 33 15.54cm。 计算采用 midas civil 6.1.1,其中钢板桩围堰采用板单元模拟,支撑 与围檩采用梁单元模拟。 三、计算结果三、计算结果 3.1 59#墩支护计算结果墩支护计算结果 3.1.1 钢板桩强度和稳定性验算钢板桩强度和稳定性验算 图 2 为 59#墩围堰的计算模型图,支撑围檩的构造图见图 3 所示。 59#墩围堰的支撑的标高及数量见表 1,采用的两根 I56a 工字钢截面 的工字钢;竖撑采用单根 I56a 的工字钢。 表 1 59#墩支护各支撑的标高 编号1 标高3.5 截面尺寸2I56a 图 2 59#墩计算模型 图 3 支撑围檩构造 在侧向压力的作用下,结
13、构的最大位移为 4.68mm,如图 4 所示。 图 4 结构变形计算结果 支撑、围檩的应力计算结果如图 5 所示,支撑围檩的最大应力达到 31.1MPa,在 A3 级钢的容许应力范围内,能够满足要求。 图 5 支撑、围檩的应力 图 6 板桩围堰每延米宽度承受绕水平轴的弯矩 计算得到钢板桩围堰每延米的绕水平轴的最大弯矩为 132.9kN*m/m, 如图 6 所示。 计算得到钢板桩围堰每延米的绕水平轴最大弯矩为 132.9KN*m/m。取 一片钢板桩来进行验算:钢板桩的宽度为 0.4m,查得钢板桩边缘断面的模 量为:W=814.8cm3=0.0008148m3,则可以得到钢板桩外缘的应力为: 3
14、6 0.4 132.9 10 65.243 1065.243 0.0008148 M PaMPa W 在 A3 级钢的容许应力范围内,能够满足要求。 结构的屈曲模态计算结果如下图,结构的屈曲模态最小的特征值为 58.18,结构的整体稳定性能满足要求。 图 7 结构的第一阶屈曲模态 因此,结构的应力与稳定性能够满足使用要求。 3.1.2 钢板桩封底计算钢板桩封底计算 (1) 浮力控制计算封底厚度 作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰的自重以及围堰在土中的 摩擦阻力平衡的,当板桩打入基坑底以下的深度不大时,从安全角度考虑, 平衡浮力主要靠封底混凝土的自重,由: )(xhx wc 解得 =0.31
15、0(4+4)/(23-10)=1.85(m) wc wh x 其中为考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数,凭经验取为 0.4。 封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过 0.250.5 米,以便在抽水后将顶层 浮浆和软弱层凿除,以保证质量。所以封底厚度 x 取为 1.85+0.35=2.2m。 (2)封底最大应力控制计算封底厚度 封底混凝土的厚度,可按下式计算: 6 simtm t j w M h bR 式中:封底混凝土的厚度(m); t h 在最大均布反力作用下的最大设计弯矩(kN.m),按支承条件考 tm M 虑的荷载系数可由结构设计手册查取; 混凝土弯曲抗拉极限强度; j w R 荷载安
16、全系数,此处=1.1; si si 材料安全系数, 此处=2.31; m m b计算宽度, 此处取 1m. 由于板是边长 1912 米的矩形,故双向板的弯矩系数为 0.0257,均 布压力为 p10(6+2.2)232.231.4(kPa) , 故双向板单位板宽最大弯矩为: 0.025731.41219=183.99(kNm/m) tm M 故封底混凝土的厚度为: =1.469 米 6 simtm t j w M h bR 6 1.1 2.31 0.18399 1 1.3 封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过 0.250.5 米,以便在抽水后将顶层 浮浆和软弱层凿除,以保证质量。所以封底厚度 x
17、 取为 1.469+0.5=1.969m。 综上所述, 封底厚度 x 取为 2m。 3.1.3 基坑稳定性验算基坑稳定性验算 (1)坑底流砂验算 在坑底内抽水可能引起流砂的危险,采用简化计算方法进行验算。其 原则是板桩有足够的入土深度以增大渗流长度,减小向上动水力。由于基 坑内抽水后引起的水头差为 h造成的渗流,其最短渗流途径为 h1t,在 流程 t 中水对土粒动水力应是垂直向上的,故可要求此动水力不超过土的 浮重 b,则不产生流砂的安全条件为: KiWb K 为安全系数,取为 2.0,i 为水力梯度,即0.43 1 h ht 7.5 12.55 而 W10,b9 则 KiW =2.0*0.4
18、3*10=8.46b9,不满足要 求。 故入土深度需重新取值,将 t 取为 7 米,则 i =0.448 11 17.57 故 KiW =2.0*0.449*10=8.96 b9,满足入土深度要求 所以钢板桩底标高可改为-15.5 米。 结合桩底地质,桩底标高取为-20 米。 (2)坑底隆起验算 较深的软土基坑在水压力作用下,坑底软土可能受挤在坑底发生隆起 现象,用滑动面简单方法进行验算。 滑动力矩为: 2 2 dw x MH 稳定力矩为: 2 0 (), 2 ru MxSxd 其中=atan()=atan()=1.256,h 为最底层内支撑相对封砼顶高度,b b h 18.4/2 3 为坑底
19、一半长度.为滑动面上不排水抗剪强度,取土层滑动面的平均不排 u S 水抗剪强度=50kPa u S 则安全系数为:=2.2608 1.2,满足 d s r M K M (2 ) u S H (3.142 1.256) 50 10 12.5 坑底隆起验算。 3.3 61#墩支护计算结果墩支护计算结果 3.3.1 钢板桩强度和稳定性验算钢板桩强度和稳定性验算 图 14 为 61#墩围堰的计算模型图,支撑围檩的构造图见图 15 所示。 原设计不满足要求,故在对支撑的标高进行调整(见表 3) ,同时在横 向支撑 3、4、5、6 间每间距 4.425 米加一道横撑,每层共 24 道竖向支撑, 使横向支撑
20、 3、4、5、6 连成整体,各侧面每道竖向支撑采用一根 I56a 的 工字钢;在 6 横向支撑和封底混凝土的竖撑加入一根 I40a 的剪刀撑,如图 26 所示。 表 3 61#墩支护各支撑的标高 编号123456 标高2.50.0-3.0-6.0-9.0-12.5 截面尺寸2I40a2I40a2I56a2I56a2I56a2I56a 图 14 61#墩计算模型 图 15 支撑围檩构造 在侧向压力的作用下,结构的最大位移为 6.8mm,如图 16 所示。 图 16 结构变形计算结果 支撑、围檩的应力计算结果如图 17 所示,最下面一道支撑围檩的最 大应力达到 88.85MPa,在 A3 级钢的容
21、许应力范围内,能够满足要求。 图 17 支撑、围檩的应力 图 18 板桩围堰每延米宽度承受绕水平轴的弯矩 计算得到钢板桩围堰每延米的绕水平轴最大弯矩为 254.64KN*m/m。 取一片钢板桩来进行验算:钢板桩的宽度为 0.4m,查得钢板桩边缘断面的 模量为:W=814.8cm3=0.0008148m3,则可以得到钢板桩外缘的应力为: 3 6 0.4 254.64 10 124.92 10124.92 0.0008148 M PaMPa W 在 A3 级钢的容许应力范围内,能够满足要求。 结构的屈曲模态计算结果如图 19 所示,结构的屈曲模态最小的特征 值为 6.104,结构的整体稳定性能满足
22、要求。 图 19 结构的第一阶屈曲模态 因此,结构的应力与稳定性能够满足使用要求。 3.3.2 钢板桩封底计算钢板桩封底计算 (1) 浮力控制计算封底厚度 作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰的自重以及围堰在土中的 摩擦阻力平衡的,当板桩打入基坑底以下的深度不大时,从安全角度考虑, 平衡浮力主要靠封底混凝土的自重,由: )(xhx wc 解得 =0.310(4+16)/(23-10)=4.65(m) wc wh x 其中为考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数,凭经验取为 0.3。 封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过 0.250.5 米,以便在抽水后将顶层 浮浆和软弱层凿除,以保证质量。
23、所以封底厚度 x 取为 4.65+0.35=5m。 (2) 封底最大应力控制计算封底厚度 封底混凝土的厚度,可按下式计算: 6 simtm t j w M h bR 式中:封底混凝土的厚度(m); t h 在最大均布反力作用下的最大设计弯矩(kN.m),按支承条件考 tm M 虑的荷载系数可由结构设计手册查取; 混凝土弯曲抗拉极限强度; j w R 荷载安全系数,此处=1.1; si si 材料安全系数, 此处=2.31; m m b计算宽度, 此处取 1m. 由于板是边长 17.7 米的正方形,故双向板的弯矩系数为 0.0368,均布 压力为 p10(20+5)235135(kPa) , 故
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