钢板桩计算

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＃ 10.4×18.2 4 －11.457 －7.457 36＃ 10.4×18.2 4 －11.337 －7.337           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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、计算。钢板桩的具体布置如下图： 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 标高 土层底 标高 容重（kN/m3） 内摩擦角（o） 粘聚力（kPa） （1） 黏 土 －4.5 －6.8 19.5 20 10.5 （2）2 粉 砂 -6.8 -16.0 20 24.5 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 黏 土：Ka＝tg2(45- )＝0.49，  ＝0.7 Kp＝tg2(45+ )＝2.04，  ＝1.428 粉 砂：Ka＝tg2(45- )＝0.414，  ＝0.643 Kp＝tg2(45+ )＝2.417，  ＝1.555 （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/m2 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 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 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： 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/m2，Pw＝5 KN/m2 h＝8.8m（上）时，Pp’＝119.4 KN/m2，Pw＝28 KN/m2 则，h＝6.5m时，Pp＝53 KN/m2 h＝8.8m（上）时，Pp＝119.4＋28＝147.4 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： 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/m2，Pw＝0 KN/m2 h＝20.5m时，Pp’＝461.5 KN/m2，Pw＝105 KN/m2 则，h＝10m时，Pp＝50.4 KN/m2 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： 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/m2 h＝20.5m时，Pp＝228.42 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： 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： 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。 σ= ＝ ＝78.04 Mpa ＜0.6×295＝177 Mpa，符合要求。 3、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。 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＝C1H ＋ ＝（10.5×2.3＋10×7.157）×4.543＋3.14×4.5432×10＝1082.9 滑动力矩＝ ＝ ×(9.5×2.3+10×7.157) ×4.5432 =964 K＝ ＝1.12 ＞ 1.1，可满足坑底抗隆起验算！ 4、封底砼厚度计算 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＝ =1000×9.8×15.957×(13.2×20.4-15×3.14×0.752)    ＝3796.7t 封底砼自重G＝ ＝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＝0.06 ＝0.06×113.6×3.92＝103.7 KN.m My＝0.055 ＝0.055×113.6×3.92＝95.03KN.m ＜ ［σ］  5、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= =183.88mm 单位重量：q=128.24kg/m Φ630（壁厚12mm），其截面特征如下： A=23298.1mm2              W=7.064×106mm3        I＝11.13×108mm4;           i= =218.5mm 单位重量：q=182.9kg/m 第一道支撑经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＝153.51 KN·M， Nmax=497.5 KN 则，σ＝ ± ＝ + =26.8+37.9=64.7 MPa≤ ,  强度符合要求！ b、支撑钢管所受最大轴力N＝591.5KN，计算长度L＝4.2 m, 由 = ＝ ＝22.8 ;    查表得： ＝0.963 σ＝ ＝ ＝37.6 MPa≤ ,整体稳定性符合要求！ 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 则，σ＝ ± ＝ + =82.6+122.8=205.4MPa≤ ,  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, 由 = ＝ ＝22.8 ;    查表得： ＝0.963 σ＝ ＝ ＝195.1 MPa≤ ,整体稳定性符合要求！