承臺(tái)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)檢算

1、橋梁承臺(tái)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)驗(yàn)算苗蘭弟（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 渭南 ）摘要：鋼板樁圍堰由于具有施工速度快、防水性能好、可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn), 被廣泛應(yīng)用于橋梁深水基礎(chǔ)圍堰工程。文章介紹了鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)驗(yàn)算方法,為承臺(tái)鋼板樁圍堰施工提供了保證。關(guān)鍵詞：鋼板樁圍堰、設(shè)計(jì)、檢算Design and check calculation of Steel Sheet Pile CofferdamsLandi Miao（ShaanXi Railway Institute，Weinan ShaanXi ）Abstract:The steel sheet pile cofferdam is

2、fairly used for construction of foundations in water area for its constructional feasibility, water proof ability and repetitive usage possibilities. This paper introduces the structural design of steel sheet pile cofferdam and structural checking method，Providing a guarantee for Construction of bea

3、ring steel pile cofferdam.Key words :Steel sheet pile cofferdam；Design；Check calculation1 概述鋼板樁的作用是擋住基坑四周的土體，防止土體下滑和水從坑壁周圍滲入或從坑底上涌，避免滲水過大形成流砂而影響基坑開挖。它主要承受土壓力和水壓力，因此鋼板樁本身也是擋土墻，但它又非一般的剛性擋墻，它在承受水平壓力時(shí)是彈性變形較大的柔性結(jié)構(gòu)，它的受力條件與板樁墻的支撐方式、支撐的構(gòu)造、板樁和支撐的施工方法及板樁入土深度密切相關(guān)，需要進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)計(jì)算。2 工程概況本橋長(zhǎng)約8.5km，其中（40+56+40）m連續(xù)梁橋主墩

4、承臺(tái)高4.0m，設(shè)計(jì)為雙層式（2.5m+1.5m）承臺(tái)，連續(xù)梁邊墩承臺(tái)設(shè)計(jì)為單層2m高承臺(tái),其余承臺(tái)均為單層，高度有3.5m，3.0m ,2.5m，2.0m。122#169#承臺(tái)所處地質(zhì)環(huán)境作用等級(jí)為H1，設(shè)計(jì)采用C35砼，其余承臺(tái)采用C30砼。承臺(tái)圍堰均采用鋼板樁圍堰。3 地質(zhì)情況根據(jù)工程地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告， 承臺(tái)處的地質(zhì)情況如表1。表1 承臺(tái)地質(zhì)情況編號(hào)厚度（m）名稱重度（kN/m3)固塊粘聚力（Kpa)固塊摩擦角( ）11.5黏土18.228.7811.46228淤泥質(zhì)黏土16.915.195.024 設(shè)計(jì)施工方案概述鋼板樁圍堰主要由拉森型鋼板樁組成，插打完鋼板樁后直接開挖，采用一層內(nèi)支撐支護(hù)

5、。 5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算5.1 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)5.1.1 材料設(shè)計(jì)參數(shù)表表2 主要材料設(shè)計(jì)參數(shù)表序號(hào)材料規(guī)格材質(zhì)容重（KN/m3）備注1鋼板樁拉森Q34578.55.1.2 材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度值表3 鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度值（N/mm2）鋼材抗拉、抗壓、抗彎抗剪承壓型號(hào)厚度或直徑（mm）Q2351621512532516-4020512040-6020011560-100190110Q3451631018040016-4029517040-6026515560-100250145說明：設(shè)計(jì)強(qiáng)度按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003取值。5.1.3 設(shè)計(jì)荷載分項(xiàng)系數(shù) 基坑為二級(jí)基坑，安全系數(shù)為1.0。5.2 鋼板樁

6、圍堰受力分析5.2.1鋼板樁計(jì)算參數(shù)鋼板樁型號(hào)：拉森型鋼板樁，其規(guī)格及參數(shù)見圖1和表4： 圖1 拉森型鋼板樁斷面圖表4 拉森鋼板樁截面參數(shù)型號(hào)質(zhì)量W(cm3)鋼板樁尺寸（mm）（kg/m）2700bht1t210660021027185.2.2鋼板樁支撐設(shè)計(jì) 本鋼板樁長(zhǎng)初步擬定為12m，鋼板樁入土深度8.2米，鋼板樁立面圖如下：圖2 鋼板樁立面圖5.3.荷載計(jì)算鋼板樁外側(cè)主要承受主動(dòng)土壓力、挖機(jī)自重，根據(jù)浙江省建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范計(jì)堆載為20kN/，內(nèi)側(cè)主要受圍囹內(nèi)橫承和被動(dòng)土壓力。主動(dòng)土壓力 其中地面堆載，取 計(jì)算土壓力的點(diǎn)至地面的距離 基坑外側(cè)土的加權(quán)平均的重度 主動(dòng)土壓力系數(shù)，為基坑外加

7、權(quán)平均摩擦角 基坑外加權(quán)平均固塊粘聚力被動(dòng)土壓力 其中計(jì)算土壓力的點(diǎn)至地面的距離 基坑內(nèi)側(cè)土的加權(quán)平均的重度 主動(dòng)土壓力系數(shù)，為基坑內(nèi)加權(quán)平均摩擦角 基坑內(nèi)加權(quán)平均固塊粘聚力 5.3.1.圍堰內(nèi)摩擦角計(jì)算根據(jù)工程地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)表格，對(duì)12m以上地質(zhì)中的內(nèi)摩擦角進(jìn)行加權(quán)平均：5.3.2圍堰地質(zhì)重度計(jì)算同理可以得到5.3.3圍堰主動(dòng)、被動(dòng)土壓力系數(shù)5.3.4固塊粘聚力 5.3.5鋼板樁入土深度計(jì)算基坑挖深4.8m，其中設(shè)一層鋼管支撐，如鋼板樁立面圖所示。取1m為計(jì)算單元，采用水土合算。5.3.5.1繪制出土壓力分布圖圖3 土壓力分布圖5.3.5.2計(jì)算y值土壓力零點(diǎn)距離坑底y，則：5.3.5.3計(jì)算

8、支座反力主動(dòng)土壓力臨界深度利用midas civil建立模型如下圖所示。圖4 鋼板樁土壓力零點(diǎn)上部結(jié)構(gòu)模型經(jīng)過計(jì)算，得出圍囹受力，及土壓力零點(diǎn)剪力。圖5 鋼板樁土壓力零點(diǎn)上部結(jié)構(gòu)模型支點(diǎn)反力5.3.5.4 計(jì)算x值根據(jù)靜力平衡法，土壓力零點(diǎn)剪力和墻被動(dòng)土壓力合力相等可求的x值：圖6 入土深度計(jì)算簡(jiǎn)圖則埋置深度為：選取鋼板樁長(zhǎng)度。5.4鋼板樁計(jì)算模型鋼板樁檢算時(shí)一個(gè)完整鋼板樁及其兩側(cè)半個(gè)鋼板樁為一單元，寬度1.2m，采用水土合算，截面及簡(jiǎn)化截面如圖7所示。使用Midas Civil軟件進(jìn)行計(jì)算分析。圖7 鋼板樁計(jì)算截面及簡(jiǎn)化截面5.4.1模型分析 鋼板樁插打完畢，埋深點(diǎn)以下基本不受力，故在埋深點(diǎn)

9、位置設(shè)全約束，鋼管圍囹處設(shè)置一約束。則鋼板樁所受合力如圖所示。圖8 鋼板樁受力圖經(jīng)過Midas Civil軟件計(jì)算，得到鋼板樁應(yīng)力及變形如圖9和圖10所示：圖9鋼板樁應(yīng)力圖最大應(yīng)力=50.5MPa=295 MPa，符合要求。圖10鋼板樁變形圖最大位移f=9.7mmf=9000/150=60mm，滿足要求。5.5基坑底部的抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算 采用普朗德爾公式進(jìn)行計(jì)算：其中抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)，要求地基承載力系數(shù)基坑外側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)底部至地面之間土層的加權(quán)重度基坑內(nèi)側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)底部至坑底之間土層的加權(quán)重度基坑開挖深度支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度支護(hù)結(jié)構(gòu)底部滑裂面深度內(nèi)土的加權(quán)粘聚力支護(hù)結(jié)構(gòu)底部滑裂面深度內(nèi)土的加權(quán)摩擦角支

10、護(hù)結(jié)構(gòu)底部抗隆起驗(yàn)算地面超載折算值抗隆起穩(wěn)定性滿足要求。5.6鋼管圍囹結(jié)構(gòu)模型分析圍囹采用兩根I25a工字鋼并排使用，對(duì)口撐鋼管采用3518間距4m。5.6.1型鋼圍囹模型分析取兩根鋼管間圍囹建模，模型如下所示。圖11 型鋼圍囹4m單元模型經(jīng)過Midas Civil軟件計(jì)算，得到型鋼應(yīng)力及變形如圖12所示：最大應(yīng)力=166.4MPa=215 MPa，符合要求。圖12鋼板樁變形圖最大位移f=0mm滿足施工要求。5.6.2鋼管模型分析 鋼管所受軸力，鋼管截面積。承臺(tái)最大寬度10.2m，即基坑最大寬度13.2m，故鋼管最長(zhǎng)長(zhǎng)度12.9m。鋼管強(qiáng)度檢算，強(qiáng)度滿足要求?；剞D(zhuǎn)半徑。 按b類查表得，穩(wěn)定。6

11、.結(jié)論鋼板樁圍堰施工速度快、防水性能好、可重復(fù)利用，在深水基礎(chǔ)中被廣泛應(yīng)用，文章通過對(duì)深水基礎(chǔ)鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)及力學(xué)計(jì)算驗(yàn)證，為設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，確保圍堰安全, 在施工中深水基礎(chǔ)鋼板樁圍堰方案經(jīng)受住了考驗(yàn)，并為工程安全提供了保障，說明本方案的理論設(shè)計(jì)計(jì)算是科學(xué)的，作為工程應(yīng)用是可行的，為類似工程提供了經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：1羅萬錄. 深水基礎(chǔ)用鋼板樁圍堰計(jì)算分析J.鐵道標(biāo)準(zhǔn)計(jì).2009/4.74-762公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D62-2004 S. 北京:人民交通出版社,2004.3公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD62-2004 S.北京:人民交通出版社,2004.4周水興,何兆益,鄒毅松.路橋