拉森鋼板樁圍堰計算匯總

1、第3為支赤24240第三過內(nèi)坳加3陰收庭底標15圖6. 1 21#墩鋼板樁圍堰立面倘置圖大橋20#、21#墩鋼圍堰檢算1.1結(jié)構(gòu)概況20#、21#墩基礎(chǔ)施工采用鋼板樁圍堰法。鋼板樁采用拉森VI型鋼板樁，材質(zhì) 為SY295, 20#墩鋼板樁單根長度為18m,圍堰平面尺寸為28. 8義13根m,共設(shè)置 兩道內(nèi)支撐，圍堰頂高程為+30. 09m,圍堰底高程為+12. 09m,封底混凝土厚2. 2m； 21#墩鋼板樁單根長度為18m,圍堰平面尺寸為28.8X13. 2m,共設(shè)置三道內(nèi)支撐, 圍堰頂高程為+30. 09m,圍堰底高程為+8. 09m,封底混凝土厚2. 5m。由于21#墩 承臺比20#承臺

2、埋深深度大，圍堰受力較21#墩更不利，本計算取21井墩圍堰進 行計算；21#墩鋼板樁圍堰立面布置如圖6.1。第也為支身一1. 2基本參數(shù)2.1鋼板柱截面特性表6.1鋼板樁截面參數(shù)特性值表鋼板樁型號單根鋼板樁每延米鋼板樁寬側(cè)厚壁厚面積慣性矩截面矩BHtAIXzxmmmmmm2 f cm / mcmVmcm 3計算方法 由于鋼板柱圍堰的入土深度較大，土體對入土部分的圍堰起到了嵌固作用， 此時圍堰上端收到內(nèi)撐的支撐作用，下端受到土體的嵌固支承作用。但是，由于 內(nèi)撐對鋼板樁圍堰是彈性支撐，并不是完全剛性，因此，在計算中，先假設(shè)內(nèi)撐 對鋼板樁為剛性支撐，計算出鋼板樁作用于圈梁的反力，將該反力作用在內(nèi)撐上

3、 計算出鋼板樁與內(nèi)撐連接處的最大位移，最后對鋼板樁施加強制支座位移，得出 鋼板樁的內(nèi)力和應(yīng)力。 等值梁法計算鋼板樁圍堰，為簡化計算，常用土壓力等于零點的位置來代替 正負彎矩轉(zhuǎn)折點的位置。計算土壓力強度時，應(yīng)考慮板樁墻與土的摩擦作用，將/mSkSP-SX2760021018225.5567002700L 2. 2地質(zhì)資料根據(jù)地質(zhì)勘察報告，20#、21#墩地質(zhì)資料及土層參數(shù)分別如表6. 2、表6. 3。表6. 2 20#墩土層參數(shù)表土層名稱層頂標高層底標高容重 (kN/m3)內(nèi)摩擦角(0 )粘聚力 (kPa)粉質(zhì)粘土+28. 17+18. 9719. 721.411. 5粉土+18. 97+13.

4、 0718.826.37.5表6. 3 21#墩土層參數(shù)表土層名稱層頂標高層底標高容重 (kN/m3)內(nèi)摩擦角(0 )粘聚力 (kPa)淤泥粉質(zhì)粘土+28. 09+20. 2918. 513.26.4粉質(zhì)粘土+20. 29+4.2919. 721.411. 5板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(shù)（為安全起見，對主動土壓力則 不予折減），鋼板樁被動土壓力修正系數(shù)如表6. 4。本文計算作出如下假設(shè)：.假設(shè)計算時取1m寬單位寬度鋼板樁。.因土處于飽和水狀態(tài)，為簡化計算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力 （c=0）o.彎矩為零的位置約束設(shè)置為較接，故等值梁相當(dāng)于一個簡支梁，方便計算。.假設(shè)鋼板樁在封

5、底碎面以下0. 5m處固結(jié)，在MIDAS中限制全部約束。.本工程土壓力計算采用不考慮水滲流效應(yīng)的水土分算法，即鋼板樁承受孔 隙水壓力、有效主動土壓力及有效被動土壓力。表6. 4主、被動土壓力系數(shù)及被動土修正系數(shù)土層名稱Ka廬Kp后被動土修正系數(shù)k淤泥粉質(zhì)黏土0. 6280. 7931.5921.2621. 328粉質(zhì)粘土0. 4650. 6822. 1491. 4661.6281. 4施工步驟（1）鉆孔樁施工結(jié)束后拆除鉆孔平臺，在靠近承臺側(cè)定位樁上焊接牛腿， 安裝第一道內(nèi)支撐作為鋼板樁插打?qū)驀?；?）依次插打鋼板樁至合攏；（3）圍堰內(nèi)吸泥、抽水至+23. 74m,在+24. 24m處安裝第

6、二道內(nèi)支撐;（4）圍堰內(nèi)繼續(xù)吸泥、抽水至+19. 823m,在+20. 823m處安裝第三道內(nèi)支撐;（5）第三道內(nèi)支撐安裝后圍堰內(nèi)注水至圍堰外水位，水下吸泥、清淤至 +13. 823m；（6）搭設(shè)封底平臺、布置封底碎導(dǎo)管，水下澆筑封底碎；（7）待封底碎達到設(shè)計強度后抽光圍堰內(nèi)水，鑿除樁頭進行承臺、墩身施 工；（8）承臺模板拆除后，向鋼板樁與承臺間回填細砂并在頂部澆注40cm厚 C25碎冠梁，待冠梁碎達到強度后，拆除第三道內(nèi)支撐；9） |可圍堰內(nèi)注水至+23. 74m處，拆除第二道內(nèi)支撐；（10）繼續(xù)向圍堰內(nèi)注水至圍堰外水位，拆除第一道內(nèi)支撐；（11）依次拔出鋼板樁。1. 5計算結(jié)果1. 5.1

7、鋼板樁初步驗算工況一、第一道內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)吸泥、抽水至+23. 74m,如圖6. 2；工況二、第二道內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)吸泥、抽水至+19. 823m,如圖6. 3；工況三、第三道內(nèi)支撐安裝后圍堰內(nèi)加水至圍堰外水位，水下吸泥、清淤至 +13. 823m,如圖 6. 4；工況四、封底砂達到強度后，圍堰內(nèi)抽光水，如圖6. 5；工況五、承臺模板拆除后，向鋼板樁與承臺間回填細砂并在頂部澆注40cm 厚C25碎冠梁，待冠梁碎達到強度后，拆除第三道內(nèi)支撐，如圖6. 6。/30.斷水也標高（河床標高）+28 .珈R1R1/28.69nR2 24.24n圖6. 2工況一不意圖82%圖6. 3工況二不意圖

8、水位標高（河床標高）+28.09mzsx /2J30.09d二30.09xb”3. 823nPi Pp二 RI J28。6%K2 +24. 24d rFR3 20.323m_ RI -28.69n428.09nR2 -24. 24b: R3 d+20.323hJ6.323m1RO-3封繇J圖6. 4工況三示意圖圖6.5工況四示意圖J30. 09m水位標高（河床標高）28. 09mRI J2& 69m d +28.09m於冠梁R2 J24. 24m 圖6. 6工況五示意圖工況一：第一道內(nèi)支撐安裝后，抽水至+2374m時，第一層內(nèi)支撐受力處于 最不利狀態(tài)。(1)計算反彎點位置，即利用鋼板樁上土壓力

9、等于零的點作為反彎點位置， 計算其離基坑底面的距離y,在y處鋼板樁主動土壓力強度等于被動土壓力強度, 即P產(chǎn)P, +P尸主動土壓力：Pa=yKax(435 + y)被動土壓力：Pb = yKKpy水壓力：Pw= yw x 4.35%KKx 4.35 + yKa x (4.35 + y)匕,x4.35 + +%K.x4.35/KKp-Ka)10 x4.35 + 8.5x0.628 x4.35 . “=，28?8.5x(1.328 x1.592 -0.628)所以，梁的計算長度取值為0.6+4.35+5.28=10.23111作用在鋼板柱處的主動土壓力和靜水壓力：乙(28.09)=0Pa(24.9

10、08)= yKa x 4.35 + yw x 4.35=8.5 x 0.628x4.35 + lOx 4.35 = 66.7kN/m2(2)計算結(jié)果圖6. 8單片鋼板柱彎矩圖MIOAS/CMIPO6TpaOCEOftftACTI8、FOftCEFXt 0.00006 MMX)FY; 0.0000402 3 36263a 98 -4 320ss 98 G038O902圖6.11單片鋼板柱彎矩圖M1OAS/CMPOeTPUOCE8QfACnCt、FORCE5XYZF2- 7FX: 0.00004(1)計算反彎點位置。Pp = Pu+P”：主動土壓力：2 = /K“x7.8 + %K.x(0.467

11、 + y)被動土壓力：Pb = /KKpy水壓力：Pw= 0/2KKpy = rK(l x 7.8 + %K, x (6.467 + y)X 7.8+ /X,x 6.467J8.5 x 0.465 x 7.8 + 9.7 x 0.465 x 6.467 、,=2.1/z?9.6x(1.628 x 2.149 - 0.465)所以，梁的計算長度取值為0.6+7.8+6.467+2.1=16.967111作用在鋼板柱處的主動土壓力和靜水壓力：匕(28.09)=0乙(20.291 = %K“ x 7.8 = 8.5x 0.628 x 7.8 = 416kN/M巴(20.291=/K“2 x 7.8

12、= 8.5x 0.465 x 7.8 = 30.8kN/巴(13.823 )= yKa2 x 7.8 + /2K(l2 x 6.467= 8.5x 0.465 x7.8 + 9.7x 0.465 x 6.467 = 60k N/nr(2)計算結(jié)果圖6.14單片鋼板柱彎矩圖MIDAS/CMIQfACTg FORCEJXYZixe= 10rx： O.OOOOC-KMWF: 0.00006 4000F2: 3.52S8C4-0CQFXYZ; 3.5288E4-002圖6. 15單片鋼板柱反力圖(kN)由圖6. 14-6. 15可知，鋼板柱最大的彎矩為278. 2kN.m,作用于第一道內(nèi)支 撐的反力為

13、15. 6kN,作用于第二道內(nèi)支撐的反力為20. 2kN,作用于第三道內(nèi)支撐 的反力為352. 9kNo工況四：封底硅達到強度后，圍堰內(nèi)抽光水由于鋼板樁與砂的粘結(jié)，故本工況計算封底碎面取設(shè)計封底面以下0. 5m處, 即15. 823m,將其按固結(jié)處理,則計算長度為0.6十7.8十4.467=12. 867m。作用在鋼板柱處的主動土壓力和靜水壓力：匕(28.09)=0匕(20.29), = yK(ll x 7.8 + 幾 x 7.8 = 8.5x0.628 x 7.8 + 10 x 7.8 = 119.6kN/tn2P,(20.29)v =八K2 x 7.8 + 兒 x 7.8 = 8.5 x

14、0.465 x 7.8 + 10 x 7.8 = 108 XkN/心(15.823) = yKa2 x 7.8 + /2K(i2 x 4.467 + %, x 12.267= 8.5x 0.465 x7.8 + 9.7x 0.465 x 4.467 +10 x 12.267 = 1736kN/m2 (2)計算結(jié)果圖6.16單片鋼板柱有限元模型9葭1,1MJDAS7OV1I PO5T.PROCES5ORBEAM CXaGRAM3怯y- 0.4S070001 6.81164e*001 1 4. 1358811.51552e-Kl O.OOOOOo 4-000t-3.78061e*001-6.428

15、67e+001-9XJ7O73C+OO1 -1.172460+002 -1.4372*002 -1.70209e002-1.9G6SOe+OO2圖6.17單片鋼板柱彎矩圖MIDAS/QV1IPO5TKOCESSORREACHCN FORCE內(nèi)力XYZIOFX： O.OOOOE4-OQOFY： O.OOOOEOOOFZ： 5.1125E+OO2FXYZ： 5.1125E 002圖6. 18單片鋼板柱反力圖(kN)由圖6. 17-6. 18可知，鋼板柱最大的彎矩為-196. 7kN.m,作用于第一道內(nèi)支 撐的反力為10. 3瓦作用于第二道內(nèi)支撐的反力為266. IkN,作用于第三道內(nèi)支撐 的反力為

16、511. 3N。工況五：承臺模板拆除后，向鋼板樁與承臺間回填細砂并在頂部澆注40cm 厚C25碎冠梁，待冠梁砂達到強度后，拆除第三道內(nèi)支撐。本工況下假設(shè)等值梁下嵌固點位于碎冠梁1/2厚度處，即+19. 623m,則計算 長度為 0.6+7.8+0.667=9.067nio作用在鋼板柱處的主動土壓力和靜水壓力：匕(28.09)=0Pa(20.29) = yKai x7.8 + 兒 x 7.8 = 8.5x0.628 x7.8 + 10 x7.8 = 119.6kN/nr乙(20.29), = yKii2 x 7.8 + 兒 x 7.8 = 8.5 x 0.465 x 7.8 + 10 x 7.8

17、 = 108 .SkN/m2Pa(19.623)= yKa2 x 7.8 + /2Ka2 x 0.667 + 晨 x 8.467 = 8.5x 0.465 x 7.8 + 9.7 x 0.465 x 0.667 + 10 x 8.467 = 118.5AN/ (2)計算結(jié)果SCO二，1圖6.19單片鋼板柱有限元模型MIDAS/QvllPOSTPROCESSORBEAM DCAGRAM19,358058*001 6.66428e-rO01 3.Q7050q-*001 0.00000000 -1.41705*001 -4.11083e+001 -GBCMOle+OOl 9498 琛+001 121

18、922十 002 卜】48838 4002 L-1.7S7Q7C4-002 -2X)2735*002圖6. 20單片鋼板柱彎矩圖M1D/6/OV1IPOSTPROCESSORREACTION FORCE內(nèi)力XYZ節(jié)a-7。：0.0000(X)0FY： O.OOOOE + OOOFZ: 2.73896*002FXYZ：273d9E-OO2圖6.21單片鋼板柱反力圖(kN)由圖6. 20-6.21可知，鋼板柱最大的彎矩為202.7kN.m,作用于第一道內(nèi)支撐的反力為9.0kN,作用于第二道內(nèi)支撐的反力為273. 9kN。根據(jù)上述工況計算，鋼板樁內(nèi)力及內(nèi)支撐支撐反力計算結(jié)果匯總?cè)缦卤?表6. 5鋼板

19、樁內(nèi)力及內(nèi)支撐支撐反力計算工況鋼板樁應(yīng)力 (MPa)鋼板樁最大 彎矩(kN. m)第一道內(nèi)支撐反力(kN)第二道內(nèi)支 撐反力(kN)第三道內(nèi)支 撐反力(kN)工況一208562156一一工況二198533.9-86.2620.7一工況三103278.215. 620.2352.9工況四73196. 710.3266. 1511.3工況五75202. 79273.9一由上表可知，鋼板柱應(yīng)力滿足規(guī)范要求。1.5.2內(nèi)支撐初步計算由表6.5可知，第一道內(nèi)支撐最大支撐反力為156kN,第二、三道內(nèi)支撐最 大支撐反力為620. 7kN。由于第一道內(nèi)支撐最大反力較小，只驗算第二、三道內(nèi) 支撐。利用Mida

20、s/Civil2010建立有限元模型，如圖，在鋼管與圈梁相交處下方焊 接牛腿設(shè)置豎向約束。圖6. 22第二道內(nèi)撐空間有限元模型MID/6/OV1I POSTPROCESSOR DEFORMED SHAPE分tf果X-O1R- 1.457E-MX)1 NOO6-6Y-DIR- 2.O6OC十001 rOOE-222-DIR- O.OOOC+OOO NOOG-1CCMB.- 2.O60E4-001NOCE-226.d46+COl圖6. 23第二道內(nèi)撐各桿件位移圖(mm)圖6.24圈梁組合應(yīng)力圖ST: 1MAX ： 24MID/6/OV1IPOST PRCCE5SORegg STRESS 1.498

21、96e*0021.17061e002 _I 8.42263e0015.1391OeOOl 1.855700001O.OOOOOe*OOO-4.71124e-MX)l 7.9947ie +001 1.12782002 -1.45010Q 4-002 1.78451。4-002 -2.H286C +0027【D。，川POST PRCCESSORBEAM STRESS.75497&.0O 凸-9.05290001.1.05301G 4,002.1.205030 4-002號-1.35625e*OO2 胃-1.50657002 -1.65680e+OO2- -1.8O72OQ 4-002.-1.957

22、52C+002 I-2.10784e*00222S816e*002-2.4O949ei-0O2圖6.25鋼管組合應(yīng)力圖圖6 26鋼管軸力圖.強度驗算由以上計算結(jié)果可知，第二道內(nèi)撐最大位移為24mm,圈梁最大組合應(yīng)力為 211.3MPa215MPa,發(fā)生在中間鋼管處，如圖。.穩(wěn)定性驗算A = 2.48x10%/ / = 1.94x105c7;?4回轉(zhuǎn)半徑：P95xio-48xoy28cm長細比：4 =自=兇= 20.8i 28由此查穩(wěn)定系數(shù)表得0= 0.966(=215MN=x Ax e = 215 x IO x 2.48 x 10-2 x 0.966 = 5151 kN 4513 kN結(jié)論：第

23、二道內(nèi)撐圈梁的應(yīng)力滿足要求。鋼管的應(yīng)力不滿足要求，穩(wěn)定性滿足要求。1.5.3鋼板樁及內(nèi)撐第二步驗算將內(nèi)撐的最大位移以支座強制位移(22mm)的形式加到工況二的鋼板樁有限元模型中，計算結(jié)果如圖。MIDAS； a VIIPOSTPROCESSORREACUON FORCE內(nèi)辦XYZJ中H 7f=x： o.ooooeax)PT: 0.80X.(0FZ： S.G98Oe+OO2f=XYZ： 5.8980E-t002圖6.28鋼板樁反力圖由計算結(jié)果可知，鋼板樁的最大彎矩為576.lkN.rn,鋼板樁的應(yīng)力為滿足要求。g 57%700 x 103) = 213Mp=246Mpe由圖6.28知，當(dāng)工況二中鋼

24、板樁施加節(jié)點位移后，鋼板樁作用在第二道內(nèi) 撐上的反力為589.8kN,重新計算第二道內(nèi)撐的強度，圈梁最大組合應(yīng)力為201.1MPa215MPa計算結(jié)果如圖。MIDAS； a VIIPOST PRCCeSSORSEAM 5TRES51.426436*0021.113970028.01509040014.89050C 4001 1.765906001 O.OOOOOe*OOO-4.48328G 4-001 7.60787+001 1.073256+002 -1.38571C +002 -l.G9lGe+OO2 -2.01062c+002M1D/S/CIV1IPOST PRCCE5SORBEAM D

25、IAGRAM圖6.25鋼管組合軸力圖.1,273296X)03-1.547936.003H1.82252e0039 .2.00721G 4-003 -2J718S0 4-0032.6464血3 -2.921136 *003 -3.19572c i-003 -3.47041g 4-003 -3.74SOS0 4-003 -4.01969e003 -4.2O433Q 4-003護筒粘結(jié)力：7； = 2.0 x 3.14x1.8x120 x16 = 21703 .7KN鋼板樁與封底混凝土的粘結(jié)力：7； =2x(28.8 + 13.2)x2.0 x120 = 20160 KN封底混凝土底面受水浮力：尸

26、=(28.8x 13.2-3.14x0.92 xl6)xl0 x 14.627 = 47018 .05根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范中規(guī)定抗浮安全系數(shù)不小于1.05,此處計產(chǎn)乏將/ G + 7+T,57479.1 n-抗 7子系數(shù) K =-= 1.22 1.05P 47018.05結(jié)論：圍堰整體抗浮滿足要求。1. 5. 5基坑底土抗隆起驗算在工況三下圍堰內(nèi)清淤至13. 8231n時，須驗算坑底的承載力，如承載力不足, 將導(dǎo)致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起計算參照Prandtl (普朗德爾)和Terzaghi (太沙基)的 地基承載力公式，并將樁墻底面的平面作為極限承載力的基準面，建筑地基基 礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中驗算

27、抗隆起安全系數(shù)的公式僅僅適用于純粘性土或者純砂性土的 情況，而一般粘性土的抗剪強度應(yīng)同時包括c和6兩個因素。參照地基極限承 載力的分析計算方法，后有學(xué)者提出了能同時考慮土體c、4)值的墻底地基極限 承載力抗隆起驗算模式，其驗算公式如下：N - c + Nn - / - rK.=-1.27(h + i) + qM、Nc按 Prandtl 公式時,N, 二(Ng-l)/tan0：N產(chǎn) tan2(45+/2)/w,c-一土的粘聚力(kPa)；6-土的內(nèi)摩擦角( );Y土 的重度(kN/m3)；t-一支護結(jié)構(gòu)入土深度(m);h-一基坑開挖深度(m);Q地面荷載(kPa)。恨護結(jié)構(gòu)示點）y，、c . 6

28、坑外淺層土y,、c,、隼.q,=q+l (，o+y4太乙闈護墻底地基圖6. 29基底抗隆起計算模式簡圖對于工況三進行驗算,Y、6、c按鋼板樁入土深度范圍內(nèi)的加權(quán)平均值計算:18.5x7.8 + 19.7x6.467 = 1904/?314.26711.2x7.8 + 21.4x6.467 , - o=1 J.O14.2676.4x7.8 + 11.5x6.467 ”=S.7kPa14.267則：Nq = tan2 (45 + 今L = 4.26Nc = (Nq -l)/tan= 11.52Ks =N(c + N yr 11.52 x8.7 + 4.26x9.04 x 14.267 y(h + i) + q 9.04x(14.267 + 5.733)=3.6 1.2 o結(jié)論：滿足抗隆起穩(wěn)定性要求。1. 5. 6基坑底管涌驗算不產(chǎn)生管涌的安全條件為：K = yh/jl.5j = i義九式中：K一一抗基坑底管涌安全系數(shù)；水容重，九二10 KN/m3yh一一土的浮容重，九= 9.7N/機3水力梯,% +3j最大滲流力（動水壓力），j = i