橋墩鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

橋墩鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)一、概述此圍堰設(shè)計(jì)以實(shí)際施工需要為主線，以以往圍堰設(shè)計(jì)施工作為參照進(jìn)行的一次設(shè)計(jì)，充分結(jié)合實(shí)際，以達(dá)到科學(xué)、經(jīng)濟(jì)之目的。二、水文地質(zhì)及圍堰基本數(shù)據(jù)八水文地質(zhì)資料2#墩處于目前黃河主河道，施工時(shí)正常水位為+13m,最高水位+14m)河床標(biāo)高+llm。河床以下l5m范圍內(nèi)以粉砂和粉細(xì)砂為主。承臺(tái)尺寸長(zhǎng)X寬×高=24.6×14×4.5m，承臺(tái)底面高程+6m)即封底混凝土的頂面高程，封底混凝土底面高程為+4.5m。圍堰合攏后吸砂至+4.5m。為滿足承臺(tái)施工的需要，圍堰平面尺寸擬為，長(zhǎng)×寬27.2m×16.8m。三、設(shè)計(jì)計(jì)算工況一工況一假設(shè)圍堰合攏后，自高程+llm吸砂至高程+4.5m時(shí)，圍堰外部砂土無(wú)沖刷，也是末抽水前圍堰受動(dòng)土壓影響最大的情況。此時(shí)測(cè)算鋼板樁入土深度及鋼板樁截面:內(nèi)外水頭乎衡，只考慮動(dòng)土壓力的影響。參照《公路施工手冊(cè)橋梁上肋》之鋼板樁圍堰計(jì)算，圍堰受力可視為圖一a，水文地質(zhì)情況可視為圖一b，以方便查圖表，圖中σ=1.1g/cm3。再對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行折算。外側(cè)砂土容重為19KN/m3，浮容重γ為9KN/m3。H=6.5m，小=30○。1)、荷載H=Αh=1.38×6.5=8.97M(最小入土深度)M=Βh3=5.8×6.53=1592.8Kn.MM1=9—11M=1303.2KN.M2)、鋼板樁截面計(jì)算"鋼板樁常用容許彎由應(yīng)力[σ]圖一為180MPa。W=M1/[σ]=1303200/180×1.35=5363（㎝3）由于目前沒(méi)有此斷面模量的鋼板樁，所以不能以此工況進(jìn)行作業(yè)。2、工況二在圍堰內(nèi)吸砂前在+14m位置先安裝一層內(nèi)支撐，而后再迸行吸砂封底作業(yè)。如圖二所示。H=6.5m，浮容重γ為9KN/M3φ=30。1)荷載h=Αh=0.5X6.5=3.25m(板樁最小入土深度)M=BH3=1.8X6.5，=494.325kN·mM=9/11×M=404.488KN.MR=Ξh=3.6X6.52X9/11=124.45KN/m2)板樁截面計(jì)算W/=M/[σ]=404448/180×1.5=1498(㎝3)由于此圍堰第一層支撐點(diǎn)及土層的支撐點(diǎn)均不在基坑的上下沿，其值大于朋因此在鋼板樁斷面模量的選擇上要大于上述計(jì)算值，經(jīng)驗(yàn)取值為1.3W=1.3W/=1947(cm)3可選用拉森lV型鋼板樁，其斷面模量為2037cm3。鋼板樁長(zhǎng)選擇15～18m為宜。3)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢算圍囹受力可按聯(lián)續(xù)梁計(jì)算，先按5等跨設(shè)計(jì)圈圖及中間文撐結(jié)構(gòu)。圖三(單位:。㎝)檢算邊跨跨中:MMAX=0.779ql2=284.63Kn.m最大負(fù)彎矩:M-max=0.107ql2=395.523Kn.m最大支點(diǎn)反力，RMAN=1/2(5.45+5.3)q=668.91KN.M邊梁斷面的選用，最大負(fù)彎矩控制設(shè)計(jì):W=M-MAX/[σ]=395523/170=2327㎝3，熱軋140型工字鋼，其斷面模量為1090cm3，考慮用三片，其斷面模量為327Ocm3。橫撐鋼材斷面選擇:材料為A3鋼，[σ]=170MPa軸向壓應(yīng)力以最大支點(diǎn)反力控制設(shè)計(jì)Rmax=A[σ]=668.91kNA=Rmax/[σ]=668910/170=3935mm2φ529鋼管樁其斷面面積為9858mm3，可采用此種管樁作支撐。3、工況三圍堰灌注水下混凝土至高程+6.0，待混凝土強(qiáng)度達(dá)80%后降水三米，安裝第二層內(nèi)支撐之前，此時(shí)圍堰受力如圖四a，鋼板樁受力分析如圖b，其受靜水壓及動(dòng)土壓力·影響。粉土容重19KN/m3，φ=30。，H=8m，h=3m。圖四t)、荷載h=αH=0.5×8=5.2m(鋼板樁超過(guò)封底砼的最小深度)取分離體分別計(jì)算b圖中1、2處壓強(qiáng)，P1=γ水h=l0×3=30KN/M2P土=[P1+γ土(H+h1)】ka=[30+19×(8-3)]×tan2(45o-300)=41.67kN/M2P2水=γ水(H-h1)=10×(8-3)=50kN/M2P2二p2土－P2水=-8.33kPa2)、鋼板樁及內(nèi)支撐檢算實(shí)際受力圖如圖五，并以此對(duì)鋼板樁抗彎性能進(jìn)行檢算，R1=q1h1/10+2q2h2/5＋q2h3/10其中h1=3m,h2+h3=5mh3=8.33/(8.33+30)=1.09mh2=5-1.09=3.9lmR2=55.01KN/M最大彎矩，MMAX=q1(h1+h2)2/16－q2h3/2×(h3/2＋h2)=109.753Kn.m鋼板樁強(qiáng)度檢算，σ=MMAX/W=1097.53/2037×1.5=35.92MPa≤【σ】=180MPa通過(guò)，經(jīng)檢算圍囹及橫撐也通過(guò)檢算。4、況四此種工況為第二層內(nèi)支撐裝完后，繼續(xù)降水至十8m安裝第三層內(nèi)支撐。此時(shí)h1=3m，h2=3m，H=8，h3=2m，其它數(shù)植如上述。1)、荷載計(jì)算h=αH=0.25×8=2m(最小入土深)取分別體分別計(jì)算1、2、3處壓強(qiáng)，圖萬(wàn)P1=γh1=水10×3=30KN/M2P3=【P1＋γ2h2】ka=29.0kN/m'P2土=｛P1＋γ土（h2+h3）｝ka=41.67Kn/m2P2水=γh3=10×2=20KN/M2P2=P2土－P2水=21.67KN.M22)鋼板樁及內(nèi)支撐系統(tǒng)檢算實(shí)際受力圖如圖七a，對(duì)其進(jìn)行近似受力分析如圖七b，以每延長(zhǎng)米鋼板樁為計(jì)算單位計(jì)算0，1處支點(diǎn)反那力和最大彎矩。R0=qh1/4=30×3/4=22.5KnR1=q(h1+h3)/2+4qh1/10=30×5/2+4×30×3/10=111KNMMAX=q/8(h1+h3)2－qh12=0.125×30×52－30×32/15=75.75KN.m此種工況最大彎矩值小于工況一所述設(shè)計(jì)值，即小于拉森Ⅳ鋼板樁的抗彎強(qiáng)度，R0亦小于工況二所述荷載值，不控制設(shè)計(jì)。3)第二層內(nèi)支撐材料斷面選擇第二層內(nèi)支撐布置與第一層同，其圍囹及橫撐的截面選擇，圍囹:最大彎矩;M—MAX=0.107ql2=0.107x111x5.452=352.777Kn.m斷面模量，W=M—MAX/【α】=35277/170=2075cm3此斷面模量小于第一層，考慮一至性，其圍囹選用與第一層一致。橫撐:橫撐斷面選擇，單單根管支撐撐反力為(如圖三)，RMAXX=1/22(5.455+5.33)q=00.5×lll×l0.775=5996.6225KNA=RRMAX/【σ】=5966625//170==35099MM2考慮穩(wěn)定定性問(wèn)題，此此斷面應(yīng)該該偏大考慮慮，小529鋼板樁斷斷面面積為9858恤'，可可甩此種型型號(hào)管樁。5、工況五此種工工況為第三三層內(nèi)支撐撐安裝好后后繼續(xù)降水水至封底混混混凝土，計(jì)計(jì)算鋼板樁及內(nèi)支支撐的受力力情況，1)荷載載計(jì)算圖八八b中1、2兩點(diǎn)處的的壓強(qiáng)。此時(shí)h11=2.8mm，h2=2.7mm，h3=2·5m。p1=γ水水×hl=l0×2.8==28kNN/m2P2=[PP1+γ土(h3+h2)]Ka=[228+199×(2.7++2.5))]×tan2(450－300/2)=422.27KKN/M22)受受力分析分別計(jì)計(jì)算2,3處的支點(diǎn)點(diǎn)反力及支彎矩，以及3～～4跨跨最大大彎矩值。由于h1、h2、h3相差不大，在此此我們按三等跨聯(lián)續(xù)梁梁來(lái)計(jì)算，L=2.77m,取每延米鋼板樁樁為計(jì)算單單位，R2==0.355q1L+0.t225(q22—q1)L=00.35×28××2.7＋0.1225×(442.7—28)××2.7==21.664KN//M圖八R3==0.6qq1L+0.446(q22—ql)L=0.6×28×2.7++0.46×(42.227—28)2.7==63.008KN//MM2=0.0422q1L2+0.033(q2—ql)L2=0··042XX28XX2·772+0·0033X(42..27-228)XX2.772=12.001KN·mM3=0.llq11L2+0.1008(q2—ql)L2=00·11×28×2·772+0·1108×(42.227-288)×2.72=333·6888kN·m3～4跨最大彎矩MMAX=00.7q1L2+0.383(q2—ql)L2，=0.7×28×2.72+0.3883×(422.27--28)×2.72=182..727KKN.m得出在此此種工況鋼鋼板樁所受受荷載均小小于工況二二，因此不控控制設(shè)計(jì)。3))第三層內(nèi)內(nèi)支撐材料料斷面選擇擇第三層內(nèi)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)與第一、第二層同，由圖三，q==63.08