洋口大橋8#墩鋼板樁圍堰計算書

1、中國中鐵臨海高等級公路如東段BT工程總包項目經(jīng)理部第三標段 深基坑施工方案目 錄一、編制依據(jù)1二、工程概況1三、圍堰方案2四、圍堰設計及穩(wěn)定性驗算41、荷載及材料42、確定圍囹的合理位置43、用等值梁法計算圍囹受力及鋼板樁設計54、鋼圍囹、鋼管受力檢算105、基坑底板抗突涌穩(wěn)定性驗算136、基坑流砂穩(wěn)定性驗算147、基坑底涌水量驗算148、驗算結論15洋口大橋8#墩鋼板樁圍堰計算書一、 編制依據(jù)1、本單位在類似工程施工中積累的施工經(jīng)驗以及單位現(xiàn)有施工能力；2、本工程現(xiàn)場對建材采購及租賃情況的調查；3、建筑施工計算手冊中的有關鋼板樁圍堰設計的計算方法及公式；4、鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2

2、003）5、建筑施工計算手冊6、路橋施工計算手冊7、建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范（JGJ130-2001）二、 工程概況洋口大橋8#、9#主橋橋墩位于四貫河兩側，其中8#墩位于221省道和四貫河之間，根據(jù)設計圖及現(xiàn)場實際勘察，四貫河為東西走向，河口寬28m，水面寬約23m。規(guī)劃洋口運河設計通航高程為3.04m，目前實際水位1.865m，河床底高程0.03m，水體基本無流速，且目前無通航要求。主橋橋墩承臺的底標高為-4.0m，頂標高為-0.5m，單幅承臺尺寸為14.5m×9.12m×3.5m。根據(jù)施工圖紙可知洋口大橋基坑開挖最深為8#墩承臺，開挖深度7.40米，承臺底

3、高程為-4.0m。由于8#承臺有半幅位于四貫河河道中，地質構造較差并有積水，開挖難度最大，因此計算時選取8#承臺作為計算模型。8#墩位處地質為粉土、粉砂。從上往下依次為素填土（2m）、粉土夾粉質粘土（2m）、粉土（0.2m）、粉土（2.5m）、粉砂（5m）。具體見8#墩地質柱狀圖三、 圍堰方案綜合考慮河中水文特點及地質情況，從經(jīng)濟合理出發(fā)，承臺基坑施工采用拉森鋼板樁圍堰方案。鋼板樁圍堰整體剛度大，防水性能好，在較淺水位的河床橋墩基礎施工中，不需水下作業(yè)，打拔樁容易，回收率高，可節(jié)省大量現(xiàn)場加工構件。鋼板樁圍堰的平面尺寸為：35m×12.1m（單幅承臺尺寸9.1m×14.5m

4、，距離線路中心為1.25m）。采用寬0.4m，長度15m的ISP-拉森鋼板樁。目前承臺位置原地面標高為5.22m，為保證基坑安全，鋼板樁圍堰施工之前先將施工區(qū)域內從原地面挖去2.32m厚土方，降至標高2.9m位置。鋼板樁圍堰平面圖鋼板樁圍堰剖面圖四、 圍堰設計及穩(wěn)定性驗算1、荷載及材料鋼板樁圍堰兩側荷載主要包括：土壓力、車輛荷載及臨時堆放的材料等。拉森型鋼板樁的力學參數(shù)如下:每延米W=3000cm3，A=303cm2，=200MPa；雙根40a工字鋼截面參數(shù)如下:Wmin=2172cm3，Imin=43428cm4 Amin=172.20cm2，自重q=1.352kN/m，截面高hmin=40

5、0mm，腹板厚=10.5mm。 2、確定圍囹的合理位置由于承臺所處位置地質情況主要是粉土、粉砂層，因此土的容重查建筑施工計算手冊可得：粉砂土的容重=18 KN/m3，土的內摩擦角=20°，土的粘聚力按無粘性土考慮，c=0。主動土壓力系數(shù)a=tan2（45°-2）=0.49；被動土壓力系數(shù)p=tan2（45°+2）=2.04；最上層圍囹至圍堰頂距離用公式h=36wKa計算。 h=36×200×105×300018×103×0.51=339cm=3.39m考慮到路上車輛荷載及各種其他荷載，第一道圍囹設在地面一下1.5m

6、處，即標高1.4m處（2.9-1.5=1.4）。第二道圍囹設在承臺頂面以下1.1m，標高為-1.6m。3、用等值梁法計算圍囹受力及鋼板樁設計車輛荷載考慮為q=20KN/m均布，距離板樁1m。打鋼板樁前力學圖示如下：yq=tg45+2×1.0=1.428 m標高1.472m；eAq=qKa=20×0.49=9.8KN/m2；eAh=hKa=18×（2.9+4.5）×0.49=65.3KN/m2；pb=eAq+eAh=9.8+65.3=75.1KN/m2計算鋼板樁上不壓力強度等于零的點距離承臺底面的距離y：由建筑施工計算手冊可知，=20°時取被動土

7、壓力修正系數(shù)K=1.6y=PbKKp-Ka=75.118×1.6×2.04-0.49=1.504m將鋼板樁按簡支梁計算等值梁的最大彎矩和支點反力，其計算模型簡化如下：采用結構計算器進行計算：彎矩圖：可得Mmax=72.71KN·m；剪力圖：可得：F1=35.11KN, F2=209.95KN, F3=80.35KN。根據(jù)土壓力等于0點的支座反力F3可得x=6×F3(K×Kp-Ka）=6×80.3518×（1.6×2.04-0.49）=3.107入土深度h=x+y=1.504+3.107=4.61m則總的鋼板樁長度H

8、=h+7.9=12.51m。因此選用15m長拉森鋼板樁完全可以滿足鋼板樁錨固要求。3.1圍囹及支撐設計四周圍囹采用I40a工字鋼，用兩片焊成整體，水平支撐擬采用460×10mm鋼管，按兩端鉸支采用折減系數(shù)法檢算穩(wěn)定性，L=11m，則=Li=91.2，查鋼結構設計規(guī)范=0.706，則容許受壓力為：F=××A=0.706×210×141.37=2095KN2I40a截面面積=172cm2，=210MPa，Wx=2171cm3。EA=91198800N·m2，EI=3616200000N3.2第一層圍囹：第一層圍囹要考慮在第二道圍囹加上之前

9、，必須開挖到的高度，按第二道圍囹必須開挖到圍囹以下50cm處，即地面以下5.2m，標高-2.3m的位置。P2=9.8+18×5.2×0.49=55.66計算鋼板樁上土壓力強度等于零點的距離開挖面的距離y，由公式：y=PbKKp-Ka=55.6618×1.6×2.04-0.49=1.11m按兩端簡支計算得出F1=97.55KN,q=97.55KN/m鋼圍囹最大承受彎矩Mmax=Wx=210×2171=455.91KN·m通過公式Mmax=18ql2可推算出Lmax=6.1m，而方案中第一層圍囹最大間距L=3.125m遠小于Lmax=6.

10、1m，滿足施工要求。3.3第二層圍囹在安裝完第二層圍囹后，基坑開挖至承臺地面以下50cm，即地面以下7.4m，標高-4.5m位置。其受力模型如下：按多跨簡支梁進行驗算，并通利用前面鋼板樁圍囹驗算的計算結果可知：F1=35.11KN, F2=209.95KN, F3=80.35KN通過公式Mmax=18ql2可推算出第一道圍囹，第二到圍囹此時的Lmax分別是：第一道圍囹：Lmax=10.2m ，第二道圍囹Lmax=4.16m，而方案中第兩層圍囹最大間距L=3.125m小于Lmax=4.16m，滿足施工要求。3.4封底后的圍囹驗算在基坑開挖見底后立即澆筑50cm厚封底混凝土，待混凝土達到強度后可拆

11、除第二道支撐進行承臺施工。此時受力模型如下：通過結構力學計算計算可得：F1=99.98KN，F(xiàn)2=354.67KN，F(xiàn)0=98.92KN。由于圍堰內樁基較多，樁間距較密，在這里不考慮封底混凝土中間上鼓。封底混凝土承受鋼板樁圍堰的壓力為q=354.67KN/m，按軸心受壓考慮，壓應力為:=NA=354.670.5=709.34KN/m2=0.7MPaC30混凝土軸心容許受壓應力=8.5MPa，安全系數(shù)取3，則=0.6 MPa/3=2.8MPa，滿足要求。4、鋼圍囹、鋼管受力檢算4.1圍囹檢算由前面計算可知圍囹收到鋼板樁傳來的荷載，且在基坑開挖見底后第二道支撐所承受的力最大，q=209.95KN/

12、m。圍囹材料性質：順橋方向建立力學模型（2）彎矩圖（3）剪力圖橫橋方向建立力學模型（1）力學模型（2）彎矩圖（3）剪力圖4.2鋼管檢算鋼管主要受到圍囹傳來的荷載，因此第二層鋼管受力最大，主要為受壓軸力N和其自重q。通過分析順橋向和橫橋向的圍囹剪力圖，可知最大受力處為四周的長斜撐鋼管：自重：460×10mm鋼管力學性能參數(shù)：，2、鋼管驗算斜撐鋼管長度：L=7.67m，強度計算：滿足要求。系桿柔軟系數(shù)查JGJ130-2001可得鋼管樁穩(wěn)定系數(shù)=0.921滿足要求。4.3斜撐鋼管焊縫計算焊縫受軸心壓力N和平行于焊縫方向的剪力V，大小均等于，采用20mm厚墊板置于工字鋼及鋼管之間進行焊接。計

13、算焊腳尺寸：，因，所以可選擇焊腳尺寸焊腳長度 ，滿足要求。5、基坑底板抗突涌穩(wěn)定性驗算基坑底板抗突涌穩(wěn)定性條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應大于安全系數(shù)下承壓水的頂托力。即：h·s Fs·w·H其中：h 基坑底至承壓含水層頂板間距離(m)；s 基坑底至承壓含水層頂板間的土厚度加權平均重度(kN/m3)；H 承壓含水層頂板以上的承壓水頭高度(m)；w 水的重度(kN/m3)，取10kN/m3；Fs 基坑抗突涌安全系數(shù)，依據(jù)基坑工程設計規(guī)程，取1.10。根據(jù)本地區(qū)工程地質與水文地質勘測資料，式中h=19.75m；H=26.43m,土的天然重度取1820 kN/

14、m3，土厚度加權平均重度s=（1·h1+2·h2）/(h1+h2)=（18*21.3+20*18.76）/(21.3+18.76)=18.9 kN/m3通過基坑底板抗突涌穩(wěn)定性計算式：h·s Fs·w·H可得：19.75×18.9=373.31.1×10×26.43=290.73?；拥装蹇雇挥糠€(wěn)定性滿足安全要求。因此基坑內只需通過設置排水溝與集水坑并配置足量水泵抽除坑底滲水即可滿足施工要求。6、基坑流砂穩(wěn)定性驗算基坑底板抗沙涌穩(wěn)定性條件：水在土體中滲流時，受到土顆粒的阻力，水對土顆粒產(chǎn)生動水壓力GD,由于動水壓力

15、與重力作用相反，如動水壓力等于或大于土的浸水密度GD時，土顆粒便會懸浮失去穩(wěn)定，變成流動狀態(tài)，被水流帶到基坑內從而發(fā)生流砂現(xiàn)象.由前面計算可知：h1-h2=6.68，L取1/2的基坑寬度，即L=0.5×12=6m，w=10KN/m3, =18 KN/m3。GD=h1-h2Lw=6.686×10=11.1KN/m3=18KN/m3因此，通過上述計算可以知道，基坑底板在開挖過程中不會發(fā)生流砂的現(xiàn)象。7、基坑底涌水量驗算由于本圍堰事先采取填河筑壩的形式，通過基坑底板抗突涌穩(wěn)定性驗算及8#墩處地質資料，可知本圍堰內的水主要是地下滲水。根據(jù)基坑涌水量計算可知本圍堰總涌水量Q（m3/d

16、）可按下式計算： Q=1.36KH2/lg(R+r0)-lgr0式中:K滲透系數(shù)（m/d）；H穩(wěn)定水位至設計基坑底得深度（m），當基底以下為深厚透水層時， H值可酌加34m，以保安全；R影響半徑（m）,當為不均勻的粗粒、中粒和細砂粒，K=56m/d 時，R=80150m；r0引用基坑半徑（m），對矩形基坑，r0=u(L+B)/4；（L、B分別為基坑長和寬，u為系數(shù)，本基坑B/L=12.1/35=0.35，故u=1.14。）根據(jù)本基坑參數(shù)，以及地質資料可知，式中：K=5，H=2.18+4.5+4=10.68，R=100，r0=0.35×(35+12.1)/4=13.4。通過計算可知Q=836.2 m3/d，即每小時涌水量q=Q/24=34.8 m3/h。根據(jù)建筑施工計算手冊第248頁表4-13以及我部以往的施工經(jīng)驗可