1、 武汉四环线汉江特大桥工程武汉四环线汉江特大桥工程 4#墩钢板桩围堰计算书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 目目 录录 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 武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 11 概述概述 武汉四环线特大桥主桥为（77+102、0+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 85.5m29.5m，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：钢板桩采用拉森型。在+23.5m 处设置一层圈梁，圈梁采用 2HM588300，内支撑采用6308 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 计算依据计算依据（1）钢结构设计规范 （GB503、017-2003）；（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）；武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 2（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 设计参数设计参数（1）钢板桩采用 SKSP-型，材质 Q295，每 m 钢板桩截面特性：W=2270cm3。（2）圈梁采用 2HM588300，内支撑采用6308，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4、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：s295MPa。Q345B 钢材容许应力：240MPa，140MPa。Q235B 钢材容许应力：170MPa，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+15、1.32 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 钢板桩围堰计算钢板桩围堰计算 4.1.封底混凝土厚度计算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=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=水h水砼h砼=10(25-18.117+1.7)-241.7=45.03kN/m2 4.1.2.按照四边简支板计算 武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 3Lx=6300mm，Ly=6、6300mm，Lx/Ly=1.0，查得：x=y=0.037,Mx=My=0.03745.036.32（1+1/6）=77.15kNm 取 b=1m 单宽进行验算:Wx=bh2/6=0.48m3 max=Mx/Wx=77.15/0.48/1000=0.16MPa=0.50MPa。4.1.3.钢护筒粘结力计算 围堰封底投影面积：A=1992-(3.14/42.5250)=1746.7m2；封底混凝土重量：G=241746.71.7=71265.4kN；浮力：F 浮(25.0-18.117+1.7)101746.7149919.3kN；范围内共有 50 根2.8m 桩，每根桩所承受的粘结力为：（147、9919.3-71265.4）/(3.142.51.750)117.9kPa200kPa。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 序号 土层名称 主动土压力系数(Ka)aK 被动土压力系数(KP)pK 被动土压力修正系数(K)1 粘土 0.71 0.85 1.40 1.18 1.2 2 粉质粘土 0.83 0.91 1.218、 1.1 1.2 3 淤泥质粉质粘土 0.85 0.92 1.18 1.09 1.2 2、用等值梁法计算桩的入土深度 武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 4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：+=+=ppaapa(2)()22290.838.113225.10.91225.11.21.191.21.2190.83+,满足抗隆起稳定性要求。4.3.钢板桩强度计算钢板桩强度计算 采用 MIDAS2006 建立模型，荷载考虑土压力，取 1m 宽钢板桩建模计算，在圈梁处建立弹性支座（内支撑 SDx15kN/mm，弹性支撑参数根据内支撑平面模型加载后求得）。4.3.1.工9、况 1：开挖至标高+16.117m，施工水位+16.5m。反力图(kN)弯矩图(kN.m)变形图(mm)图6.工况 1 计算结果 圈梁处压力为 53.4N/m，围堰最大弯矩为 198.9kNm，最大变形 15.6mm。应力6198.9 10295116.8a0.75 22700001.2MP=。4.3.2.工况 2：封底抽水工况，抽水水位按标高 25m 考虑。武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 7 反力图(kN)弯矩图(kN.m)变形图(mm)图7.工况 2 计算结果 圈梁处压力为 114kN/m，围堰最大弯矩为 192kNm，最大变形 12.6mm。应力6192 10295113a0.10、75 22700001.2MP=。4.4.圈梁及内支撑计算圈梁及内支撑计算 根据计算，圈梁所受最大压力为 114kN/m。圈梁及内支撑受力分析如下图所示。图8.内支撑模型图 武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 8 圈梁组合应力 圈梁剪应力 内支撑钢管组合应力 图9.内支撑应力图(MPa)图10.内支撑变形(mm)武汉四环线特大桥 4#墩钢板桩围堰计算书 9圈梁最大组合应力为 105.2MPa170MPa，最大剪应力为 35.5MPa100MPa，内支撑平面最大变形为 5mm。6308 内支撑钢管最大组合压应力为 73MPa，10253/219=46.8，查得0.8705，73MPa0.8705170148MPa，满足要求。5 结论结论 通过对 4#墩钢板桩围堰计算，围堰各构件受力均能满足要求！