青龍河大橋引橋12m水深橋墩鋼板樁圍堰_(dá)計(jì)算書20140507

1、青龍河大橋引橋及主橋過(guò)渡墩承臺(tái)施工鋼板樁圍堰計(jì)算書編制： 校核： 審核： 審定： 中國(guó)建筑第六工程局有限公司二零一四年四月目 錄1、概述12、設(shè)計(jì)依據(jù)12.1基礎(chǔ)資料12.2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)13、結(jié)構(gòu)布置型式24、基本參數(shù)44.1地質(zhì)資料參數(shù)44.3主要設(shè)計(jì)標(biāo)高54.4鋼板樁圍堰技術(shù)參數(shù)54.5基坑結(jié)構(gòu)尺寸65、施工工藝說(shuō)明66、荷載及工況76.1荷載分析76.2工況分析96.3組合原則107、鋼板樁計(jì)算107.1工況1計(jì)算107.1工況2計(jì)算147.3工況3計(jì)算178、水平支撐體系計(jì)算208.1引橋橋墩圍堰內(nèi)支撐體系計(jì)算208.2過(guò)渡橋墩圍堰內(nèi)支撐體系計(jì)算279、基坑隆起計(jì)算2710、基坑管涌計(jì)

2、算2811、基坑滲水量計(jì)算29i青龍河大橋引橋及主橋過(guò)渡墩承臺(tái)施工鋼板樁圍堰計(jì)算書1、概述唐山市濱海大道西線青龍河大橋工程是曹妃甸工業(yè)區(qū)、曹妃甸保稅區(qū)與唐山灣國(guó)際生態(tài)城之間的主要聯(lián)系通道。基于青龍河大橋引橋橋墩和主橋過(guò)渡墩承臺(tái)所在處的河床底標(biāo)高大多在-12m左右，本次計(jì)算中，拉森鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)中統(tǒng)一采用12m水深。承臺(tái)基礎(chǔ)施工主要受漲落潮波浪荷載、風(fēng)荷載和水流作用以及內(nèi)外水頭差的影響。地質(zhì)揭露淤泥層局部為粉質(zhì)粘土，軟塑狀，局部為淤泥，流塑狀。粉土稍密狀，粉土呈薄層狀分布，分布不均，具水平層理。包含少量有機(jī)質(zhì)及螺殼碎屑。有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，有韌性，該層分布于全場(chǎng)區(qū)。承臺(tái)頂標(biāo)高為-1.5

3、m，底標(biāo)高為-4.0m，引橋承臺(tái)平面形狀為“王”字形，外包尺寸為19.1×6.55m，過(guò)渡墩承臺(tái)平面形狀為矩形，尺寸為17.7×7.2m。擬采用拉森鋼板樁對(duì)承臺(tái)基坑進(jìn)行支護(hù)，基坑內(nèi)注入吹填海沙，高程達(dá)到-7m(即吹沙深度為5m)，用以給鋼板樁提供被動(dòng)壓力，使內(nèi)側(cè)河底支撐點(diǎn)上移，減小上部支撐到河床底的計(jì)算長(zhǎng)度；計(jì)算時(shí)，忽略吹沙層為鋼板樁提供的被動(dòng)反力，作為安全儲(chǔ)備，僅考慮吹沙層對(duì)河床土層的壓重作用，即用m值法計(jì)算河床土層反力時(shí)，計(jì)算深度從吹沙層頂部（-7m處）計(jì)算，具體見7.1節(jié)中關(guān)于計(jì)算基坑內(nèi)側(cè)土體水平反力系數(shù)ks部分。本文即為引橋橋墩和主橋過(guò)渡墩（12m水深）鋼板樁基坑支

4、護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算書。2、設(shè)計(jì)依據(jù)2.1基礎(chǔ)資料（1）施工圖設(shè)計(jì)文件（2）青龍河大橋地質(zhì)勘查報(bào)告2.2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）（2）建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）（3）鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB/T 50205-2001）（4）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）（5）海港水文規(guī)范（JTS 145-2-2013）3、結(jié)構(gòu)布置型式通過(guò)對(duì)承臺(tái)所在位置及相關(guān)地質(zhì)條件進(jìn)行分析計(jì)算，初步擬定支護(hù)總體布置形式和內(nèi)支撐布置分別如圖3-1和圖3-2所示。其中鋼板樁內(nèi)側(cè)與承臺(tái)外輪廓線凈距為1.5m。橋墩基坑擋水結(jié)構(gòu)選用江蘇順利鋼業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的特制型號(hào)拉

5、森鋼板樁（SLU-630×350×16）作為支護(hù)，拉森鋼板樁具體參數(shù)見4.4節(jié)。支護(hù)體系設(shè)置四道水平內(nèi)支撐（其中第三道為臨時(shí)支撐，在完成第四道支撐后，拆除第三道支撐），采用630×12mm鋼管作為內(nèi)支撐，所布設(shè)的四道圍檁結(jié)構(gòu)均為雙拼工63b或三拼工56b工型鋼。圖3-1 引橋鋼板樁支護(hù)總體布置示意圖圖3-2 過(guò)渡墩鋼板樁支護(hù)總體布置示意圖圖3-3 鋼板樁內(nèi)支撐布置示意圖4、基本參數(shù)4.1地質(zhì)資料參數(shù)根據(jù)唐山市濱海大道西線青龍河大橋巖土工程勘察報(bào)告，本計(jì)算選取淤泥質(zhì)粘土層為3.0m，考慮到鋼板樁長(zhǎng)為24m，所需計(jì)算地質(zhì)層的相關(guān)參數(shù)如表4-1所示，其中為便于識(shí)別，基坑

6、內(nèi)側(cè)吹填海沙層編號(hào)記為0層，海水層記為1層，其他地層編號(hào)與巖土工程勘察報(bào)告保持一致。表4-1 地質(zhì)層計(jì)算參數(shù)標(biāo)號(hào)名稱厚度平均值(m)重度（kN/m3)粘聚力（KPa）內(nèi)摩擦角（度）(0)坑內(nèi)吹填海沙10.017.0025(1)海水15.1610.0(3)淤泥質(zhì)粘土夾粉土3.6017.875(5)粉質(zhì)粘土夾粉土9.9019.61711依據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程4.1.6條有關(guān)方法，可知表中編號(hào)為(0)、(3)、(5)的土層m值計(jì)算如下： 4.2水文條件橋址區(qū)域受漲落潮影響，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的水文數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)平均高高潮位為1.28m，設(shè)計(jì)低潮位為-1.17m，潮差約為2.45m。水流表現(xiàn)為漲落潮時(shí)出現(xiàn)的潮流，

7、設(shè)計(jì)時(shí)按最大流速2.0m/s進(jìn)行考慮。現(xiàn)場(chǎng)提供有記錄的波浪條件為：波高2.00m，波長(zhǎng)36.00m，周期4.7s（項(xiàng)目給出）。摘自兩階段施工圖設(shè)計(jì)：根據(jù)上海航道規(guī)劃設(shè)計(jì)院對(duì)曹妃甸新城的水系規(guī)劃曹妃甸新城處200年一遇高潮位為2.85m。根據(jù)南京水利科學(xué)研究院關(guān)于唐山市濱海大道曹妃甸國(guó)際生態(tài)城段外線波浪數(shù)學(xué)模型及越浪水量計(jì)算成果，曹妃甸新城處200年一遇波浪高為2.17m）。由于圍堰施工周期相對(duì)較短，但受波浪影響較大，因此施工時(shí)須避開大波浪條件，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)時(shí)按波高2.0m進(jìn)行考慮。4.3主要設(shè)計(jì)標(biāo)高結(jié)合表4-1所示，為了增加安全儲(chǔ)備，并且便于計(jì)算，本計(jì)算書取淤泥層頂高程為-12.00

8、m，淤泥層厚度取3.00m：（1）鋼板樁頂標(biāo)高：3.50，樁底標(biāo)高：-20.50，樁長(zhǎng)24.00。（2）平均高潮位：1.28。（3）第一道水平支撐標(biāo)高：+2.00；第二道水平支撐標(biāo)高：-0.50；第三道水平支撐標(biāo)高：-2.50；第四道水平支撐標(biāo)高：-5.00。其中，第三道支撐為臨時(shí)支撐，施作完成第四道支撐后，拆除第三道支撐，進(jìn)行承臺(tái)施工。（4）承臺(tái)標(biāo)高：頂標(biāo)高-1.50；底標(biāo)高-4.00。（5）基坑內(nèi)吹填海沙頂標(biāo)高：-7.00，沙層厚度為5.00m。（6）淤泥層頂標(biāo)高：-12.00m。4.4鋼板樁圍堰技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)采用SLU32-1型鋼板樁，其截面形狀如圖4-1所示，(a)(b)圖4-1 鋼板

9、樁截面圖技術(shù)參數(shù)列表如下：表4-2鋼板樁技術(shù)參數(shù)型號(hào)規(guī)格每延米墻鋼板樁bht重量截面積截面模數(shù)慣性矩（mm）（kg.m-2）（cm2）（cm3）（cm4）SLU特制63061216276.735241831280304.5基坑結(jié)構(gòu)尺寸綜合考慮承臺(tái)幾何尺寸和施工操作空間的需要，自承臺(tái)外邊緣每邊外擴(kuò)1.5m。其中，設(shè)計(jì)的引橋基坑底面尺寸為：22.00m×10.00 m；設(shè)計(jì)的過(guò)渡墩基坑底面尺寸為：21.00m×11.00 m。5、施工工藝說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，本設(shè)計(jì)擬定施工工序（先布設(shè)兩道內(nèi)撐+換撐法）如下所述：1.2.3.4.5.6、荷載及工況6.1荷載分析6.1.1恒荷載（

10、1）結(jié)構(gòu)自重。結(jié)構(gòu)自重由有限元軟件自行計(jì)入，MIDAS程序運(yùn)行時(shí)：g=9.8m/s²，重力荷載比例系數(shù)設(shè)定為-1。（2）水（土）壓力。對(duì)應(yīng)工況下的水土壓力按建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程之3.4.1款進(jìn)行計(jì)算。本計(jì)算按水土合算進(jìn)行考慮，其中主動(dòng)土壓力系數(shù)： 被動(dòng)土壓力系數(shù)：6.1.2活荷載（1）風(fēng)荷載。依據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范之4.3.7款，作用在單位面積上的風(fēng)荷載：式中，設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)，臨時(shí)工程施工期取為0.75；風(fēng)載阻力系數(shù)，按規(guī)范4.3.7-44.3.7-6取值；考慮地面粗糙度類別和梯度風(fēng)的風(fēng)速高度變化的修正系數(shù)，查表 可知，離地5m高度A類地區(qū)取為1.08；地形地理?xiàng)l件系數(shù)，按

11、一般地區(qū)取值為1.0；陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù)，對(duì)A、B類地表取為1.38；橋梁所在地區(qū)的設(shè)計(jì)基本風(fēng)速分別按27.1m/s計(jì)算?；撅L(fēng)壓， kN/。 按照上面的計(jì)算辦法，結(jié)果如表6.1所示：表6-1 風(fēng)荷載強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果編 號(hào)迎風(fēng)面類別阻力系數(shù)()27.1m/s風(fēng)荷（）1矩形截面1.300.975（2）波浪力。圖6-1 波峰對(duì)直墻式結(jié)構(gòu)物作用示意圖按不利情況，考慮波浪波峰對(duì)墻體的作用，依照海港水文規(guī)范（JTS 145-2-2013）有關(guān)條款進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)高潮位為1.28m，考慮波浪浪高，周期，水深，吃水深度。實(shí)際波長(zhǎng)為。依次計(jì)算如下： 水面以上高度H處的波浪壓力強(qiáng)度為零； 水面處的波浪壓力強(qiáng)度為：； 水面以

12、上的波浪壓力強(qiáng)度按直線分布； 波浪對(duì)樁底的波浪壓力強(qiáng)度為：波浪作用在圍堰壁體上的壓力強(qiáng)度按線性變化考慮。（3）水流力。水流力按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D 60-2004）之4.3.8款計(jì)算。淤泥頂標(biāo)高為-15m，設(shè)計(jì)高潮位為1.28m，流速按2.0m/s考慮：作用點(diǎn)標(biāo)高：1.28-0.3×(1.28+12)=-2.7m，水流力與波浪力同時(shí)組合。6.2工況分析按最不利原則選擇1m 寬度鋼板樁進(jìn)行受力分析，根據(jù)前面的工序流程，本設(shè)計(jì)主要考慮以下荷載工況：工況1：已完成前兩道支撐布設(shè)，抽水施作第三道支撐工況。設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，堰內(nèi)抽水至-3.0m處，第三道撐未做。該工況下水平荷載同時(shí)考慮

13、內(nèi)外水土壓力、風(fēng)荷載、波浪及水流作用。工況2：已完成前三道支撐布設(shè)，抽水施作第四道支撐工況。設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，堰內(nèi)抽水至-6.0m處，第四道撐未做。該工況下水平荷載同時(shí)考慮內(nèi)外水土壓力、風(fēng)荷載、波浪及水流作用。工況3：換撐工況。設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，堰內(nèi)抽水至-6.0m處，完成第四道撐的情況下拆除第三道支撐。該工況下水平荷載同時(shí)考慮內(nèi)外水土壓力、風(fēng)荷載、波浪及水流作用。6.3組合原則各工況考慮兩種荷載組合形式，即標(biāo)準(zhǔn)組合和基本組合。荷載組合形式如下：以上組合中，標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算結(jié)果用來(lái)評(píng)價(jià)剛度指標(biāo)，基本組合計(jì)算結(jié)果用來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)。7、鋼板樁計(jì)算7.1工況1計(jì)算工況1：已完成前兩道支撐布設(shè)，抽水施作第三道

14、支撐工況。設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，堰內(nèi)抽水至-3.0m處，第三道撐未做。該工況下水平荷載同時(shí)考慮內(nèi)外水土壓力、風(fēng)荷載、波浪及水流作用。泥面位置（-12.0m）處豎向應(yīng)力：主動(dòng)土壓力：淤泥層底位置（-15.00m）處豎向應(yīng)力：淤泥層底主動(dòng)土壓力：粘土層頂主動(dòng)土壓力：樁底位置（-20.5m）處豎向應(yīng)力：樁底位置主動(dòng)土壓力：風(fēng)荷載、波浪及水流作用見前面的相關(guān)荷載分析及說(shuō)明。鋼板樁受力示意圖如下:圖7-1中所示彈簧剛度列表7-1所示：表7-1 等效彈簧換算剛度列表彈簧編號(hào)K3-1K3-2K3-3剛度（kN/m）385045505250彈簧編號(hào)K5-1K5-2K5-3K5-4K5-5K5-6剛度（kN/m）128

15、351434515855173651887520385彈簧編號(hào)T1T2剛度（kN/m）3000030000其中，K3、K5的剛度是按照建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）4.1.5條所示的m值法計(jì)算得到。其中，z-h的值考慮5m吹沙的深度；計(jì)算K5時(shí)，將所得結(jié)果除以2倍安全系數(shù)，使計(jì)算出來(lái)的土體反力不超過(guò)被動(dòng)土壓力值；土層m值見4.1節(jié)。T1、T2的剛度是按照規(guī)范建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）4.1.10條（見下圖）計(jì)算得到，計(jì)算過(guò)程見下表，考慮一定安全系數(shù)，取KR=30MN/m。圓管鋼支撐剛度外徑 D426mm壁厚 t10mm支撐計(jì)算長(zhǎng)度 l010m支撐水平間距 s

16、6m水平荷載計(jì)算寬度支護(hù)方式連續(xù)墻計(jì)算寬度 b1.0m松弛系數(shù) aR0.8支撐彈性模量 E206GPa內(nèi)徑 d416mm面積 A0.00661m2支撐水平剛度KR37000 kN/m建立的MIDAS模型如下（本次計(jì)算采用MIDAS Civil和MIDAS Gen兩個(gè)軟件對(duì)比計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果可知兩者計(jì)算差值在5%以內(nèi)）： Gen模型 Civil模型圖7-2 工況1鋼板樁計(jì)算模型(以波浪荷載為例)A）反力計(jì)算結(jié)果： Gen模型 Civil模型圖7-3 工況1支承點(diǎn)反力圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）B）鋼板樁受力狀態(tài)。如表：表7-2 工況1鋼板樁受力狀態(tài)（Gen計(jì)算結(jié)果）彎 矩kN.m剪 力kN組合應(yīng)力MPa剪應(yīng)力

17、MPa最大變形mm備 注956467229-74表7-2顯示1m寬鋼板樁工況一時(shí)的受力狀態(tài)。表中所列數(shù)據(jù)，除變形值為標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算得出外，其余均為基本組合計(jì)算所得。上面的計(jì)算結(jié)果表明鋼板樁的強(qiáng)度：剛度：均能滿足設(shè)計(jì)要求。C）鋼板樁變形示意圖。圖7-4 工況1鋼板樁變形圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）圖7-4的計(jì)算結(jié)果還表明，鋼板樁樁端變形量約為3mm，能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。7.1工況2計(jì)算工況2：已完成前三道支撐布設(shè)，抽水施作第四道支撐工況。設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，堰內(nèi)抽水至-6.0m處，第四道撐未做。該工況下水平荷載同時(shí)考慮內(nèi)外水土壓力、風(fēng)荷載、波浪及水流作用。風(fēng)荷載、波浪及水流作用見前面的相關(guān)荷載分析及說(shuō)明。鋼板樁受

18、力示意圖如下:圖7-5 工況2鋼板樁受力示意圖圖中所示彈簧剛度列表如下：表7-6 工況2等效彈簧換算剛度列表彈簧編號(hào)K3-1K3-2K3-3剛度（kN/m）385045505250彈簧編號(hào)K5-1K5-2K5-3K5-4K5-5K5-6剛度（kN/m）128351434515855173651887520385彈簧編號(hào)T1T2T3剛度（kN/m）300003000030000建立的MIDAS模型如下： 圖7-6 工況2鋼板樁計(jì)算模型A）反力計(jì)算結(jié)果：圖7-7 工況2支承點(diǎn)反力圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）B）鋼板樁受力狀態(tài)。如表：表7-4 工況4鋼板樁受力狀態(tài)彎 矩kN.m剪 力kN組合應(yīng)力MPa剪應(yīng)力MPa

19、最大變形mm備 注992586237-63表7-4顯示1m寬鋼板樁工況一時(shí)的受力狀態(tài)。表中所列數(shù)據(jù)，除變形值為標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算得出外，其余均為基本組合計(jì)算所得。上面的計(jì)算結(jié)果表明鋼板樁的強(qiáng)度：剛度：均能滿足設(shè)計(jì)要求。C）鋼板樁變形示意圖。圖7-8 工況1鋼板樁變形圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）圖7-8的計(jì)算結(jié)果還表明，鋼板樁樁端變形量約為3mm，能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。7.3工況3計(jì)算風(fēng)荷載、波浪及水流作用見前面的相關(guān)荷載分析及說(shuō)明。鋼板樁受力示意圖如下:圖7-9 工況3鋼板樁受力示意圖圖中所示彈簧剛度列表如下：表7-5 工況2等效彈簧換算剛度列表彈簧編號(hào)K3-1K3-2K3-3剛度（kN/m）385045505

20、250彈簧編號(hào)K5-1K5-2K5-3K5-4K5-5K5-6剛度（kN/m）128351434515855173651887520385彈簧編號(hào)T1T2T4剛度（kN/m）300003000030000建立的MIDAS模型如下： 圖7-10 工況3鋼板樁計(jì)算模型A）反力計(jì)算結(jié)果：圖7-11 工況3支承點(diǎn)反力圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）B）鋼板樁受力狀態(tài)。如表：表7-6 工況1鋼板樁受力狀態(tài)彎 矩kN.m剪 力kN組合應(yīng)力MPa剪應(yīng)力MPa最大變形mm備 注658469157-39表7-6顯示1m寬鋼板樁工況一時(shí)的受力狀態(tài)。表中所列數(shù)據(jù)，除變形值為標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算得出外，其余均為基本組合計(jì)算所得。上面的計(jì)算結(jié)果

21、表明鋼板樁的強(qiáng)度：剛度：均能滿足設(shè)計(jì)要求。C）鋼板樁變形示意圖。圖7-12 工況3鋼板樁變形圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）圖7-12的計(jì)算結(jié)果還表明，鋼板樁樁端變形量約為4mm，能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。8、水平支撐體系計(jì)算8.1引橋橋墩圍堰內(nèi)支撐體系計(jì)算圖8-1支撐體系布置示意圖如圖所示，支撐體系主要由兩種材料組成，圍檁結(jié)構(gòu)為3工56b或2工63b（計(jì)算時(shí)分兩種情況給出），內(nèi)支撐鋼管為426*12。其截面特性如下表所示：表8-1 上層支撐體系主要構(gòu)件截面特性序號(hào)構(gòu)件名稱材料類型幾何參數(shù)（mm）截面積(cm²)每米重（kg/m）慣性矩（cm4）備注1圍檁Q2353工56b2圍檁Q2352工63b與1選

22、用3支撐鋼管Q235426*12根據(jù)7.1、7.2、7.3節(jié)的反力計(jì)算結(jié)果，鑒于第二、三、四道支撐體系在三個(gè)工況中承受最不利線荷載很接近，統(tǒng)一選為：Nk=593kN/m。建模計(jì)算支撐體系在最不利荷載作用下的受力狀態(tài)。建立的模型如下圖所示：圖8-2支撐體系計(jì)算模型邊界條件為：圍檁各節(jié)點(diǎn)為剛性連接，支撐鋼管與圍檁之間采用剛性連接，分別對(duì)圍檁四個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行外部約束，模擬為鉸接形式。8.1.1圍檁采用3工56b的計(jì)算結(jié)果圍檁結(jié)構(gòu)為3工56b的計(jì)算結(jié)果如下：圖8-3支撐體系彎矩圖（基本組合）圖8-4支撐體系剪力圖（基本組合）圖8-5支撐體系組合應(yīng)力圖（基本組合）圖8-6支撐體系剪應(yīng)力圖（基本組合）圖8-7支撐體系變形圖（標(biāo)準(zhǔn)組合）支撐體系的計(jì)算結(jié)果表明，圍