鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)

1、土體特性粉質(zhì)粘土的天然容重加權(quán)平均值γ為：18.5KN/m3；內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值φ=200；粘聚力C：33KPa。2、日本富士制鐵FSPⅣ型拉森鋼板樁參數(shù)寬度B=400mm、高度h=170mm、厚度t=15.5mm，一根樁截面積A=96.99cm2、重量W=76.1kg/m。每延米樁墻重量W=190kg/m、截面模量Wx=2270cm3/m。鋼板樁材質(zhì)按Q345鋼材，抗彎應(yīng)力：=310MPa3、圍檁支撐參數(shù)特性圍檁采用2I56工字鋼，支撐采用Ф630*8mm螺旋鋼管。Q235鋼材的抗彎應(yīng)力：=215MPa，鋼材重度：78.5kN/m3,素混凝土重度：24kN/m3。4、其他參數(shù)封底混凝土C30抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=1.43。素砼重度：24kN/m3、混凝土與鋼材的粘結(jié)力[τ]=150Kpa，水重度：γw=10kN/m3。1、土壓力系數(shù)計(jì)算根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，P180\P184頁(yè)公式得：主動(dòng)土壓力系數(shù)：K=tan2(450?)=0.49被動(dòng)土壓力系數(shù)：K=tan2(450+)=2.042、入土深度計(jì)算用盾恩近似法計(jì)算鋼板樁入土深度根據(jù)假定作用在鋼板樁AB段上的荷載ABCD，一半傳至A點(diǎn)上，另一半由坑底土壓力EBF承受，由圖4.1所示，幾何關(guān)系根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，P212頁(yè)(4-50）公式得：(?)2??5=0(2.04-0.49)x2-0.49×7.52x-0.49×7.52×3.5=0解得x=4.31m故鋼板樁的總長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)Z=4.31+11.52=15.83m，入土深度為4.31m時(shí)能保證樁體本身的穩(wěn)定性，選用16m鋼板樁，實(shí)際入土深度為4.49m?；炷量估瓚?yīng)力需符合規(guī)范要求，封底厚度1m。圍堰抽干水時(shí)為砼最不利受力狀態(tài)。封底混凝土以鋼護(hù)筒作為支點(diǎn)，按單向板計(jì)算。取b=1m寬的封底混凝土分別計(jì)算兩相鄰護(hù)筒之間混凝土梁的彎應(yīng)力。需驗(yàn)算封底混凝土抗拉強(qiáng)度是否能承受最大的水壓力，此時(shí)圍堰處于抽干水的最不利受力狀態(tài)。此荷載即水頭高度減去封底混凝土的重量。封底混凝土采用C30混凝土澆注，經(jīng)過(guò)查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.1.4，封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%時(shí)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度的容許抗拉應(yīng)力ft=1.43×0.8=1.14MPa。查圍堰設(shè)計(jì)圖可知，相鄰護(hù)筒之間的凈跨為=3.9m。水頭高度:h=11m根據(jù)《簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社第三版P284表4-44算法。安全系數(shù)K取2.65，考慮水下混凝土可能與基坑底部摻混的增加厚度，D取30cm。計(jì)算封底混凝土抽水后承受的向上水壓力線荷載：q1=ρgh?b=1000kg/3×10N/kg×11m×1m=110kN/m封底混凝土1m寬的自重荷載;q2=γ?b?h1=24kN/3?12=24/計(jì)算荷載p=q1-q2=110-24=86kN/m不考慮泊松比，則最大彎矩M=a1??2=0.0429×86kN/m×(3.9m)2=56.1kN?m封底混凝土厚度h1=√+=√+0.3=0.98設(shè)計(jì)封底厚度采用1m厚C30混凝土，以混凝土作為受力截面，跨中最大拉應(yīng)力為σ====336.6kPa=0.34MPa＜ft=1.14MPa，故封底混凝土受力是安全的，封底混凝土不會(huì)出現(xiàn)裂縫。砼厚度1m可滿足受力要求。1、鋼板樁圍堰受力工況分析圍堰采用極限應(yīng)力法計(jì)算分析，材料材質(zhì)極限應(yīng)力取值參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）采用。由于鋼板樁采用干封底法施工工藝，鋼板樁圍堰有兩個(gè)工況受力較為不利：工況1是鋼板樁圍堰開(kāi)挖至封底底面標(biāo)高-6.685m時(shí)。工況2是承臺(tái)第一次澆筑完畢，承臺(tái)與鋼板樁之間填筑砂礫石，承臺(tái)頂部側(cè)面30cm澆筑C30砼，砼達(dá)到強(qiáng)度后拆除第三道支撐時(shí)。依據(jù)2008年《注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師專(zhuān)業(yè)考試應(yīng)試指南》（施嵐青主編）P896頁(yè)，對(duì)于滲透性小的土層計(jì)算土壓力時(shí)采用“水土合算”法，即在計(jì)算土壓力時(shí)將地下水位以下的土體重度取為飽和重度，水壓力不再單獨(dú)疊加；對(duì)于滲透性大的土層計(jì)算土壓力時(shí)采用“水土分算”法，即在計(jì)算土壓力時(shí)將地下水位以下的土體重度取為浮容重，水力單獨(dú)疊加。粉質(zhì)粘土的飽和重度取γ=18.85kN/m3，粉質(zhì)粘土當(dāng)含水量大于11.37%時(shí)，隨著含水量的增加，土中的弱結(jié)合水進(jìn)一步增加，形成一層較厚的結(jié)合水膜，增大了土粒子間的距離，吸引力減弱，從而導(dǎo)致粘聚力隨含水量的增加逐漸減小。圍堰周?chē)馏w在河床頂考慮成飽和粉質(zhì)粘土，不考慮其粘聚力，其他部位計(jì)算均考慮其粘聚性。粉質(zhì)粘土層承載力為120kPa，此粉質(zhì)粘土層為不透水層。故粉質(zhì)粘土層采用水土合算法計(jì)算。粉質(zhì)粘土層作為鋼板樁底部支撐，坑底被動(dòng)土壓力的合力作用點(diǎn)在離坑底處，假定這一點(diǎn)為鋼板樁入土部分的固定點(diǎn)，近似的計(jì)算鋼板樁的受力狀態(tài)。封底施工按干封工藝，所以鋼板樁最下面一層的跨度為：FC=+5=×4.3+3.5=6.372、工況1鋼板樁受力計(jì)算工況1是鋼板樁圍堰內(nèi)水下清除覆蓋層至封底底面標(biāo)高-6.685m時(shí)。在圍堰進(jìn)入到粉質(zhì)粘土層2.87m處對(duì)鋼板樁施加固結(jié)約束，取1m寬鋼板樁進(jìn)行受力分析。圍堰長(zhǎng)寬比13.3/13.2=1.01，故取CW=1.5。水流速度按設(shè)計(jì)圖紙取V=1.5m/s。工況1鋼板樁計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7.11-3。B點(diǎn)外側(cè)水壓力：Pw=γwH=10×3.52=35.2kN/m2A點(diǎn)外側(cè)流水壓力：P′==2=1.5××1.52=1.7/2B點(diǎn)主動(dòng)土壓力：Pa′=γh=γ==35.2×0.49=17.2kN/m2C點(diǎn)主動(dòng)土壓力：Pa=γH+γh?2C√=γH+γ?2C√=γH+?2C√ =18.85×7.5×0.49+17.2-2×33×√0.49=40.3kN/m2D點(diǎn)被動(dòng)土壓力：Pp=γH+2C√ =18.85×2.87×2.04+2×33×√0.49=156.6kN/m2荷載組合。恒載包括：1、支護(hù)結(jié)構(gòu)自重（代號(hào)①），2、主動(dòng)土壓力荷載（代號(hào)②），3、被動(dòng)土壓力荷載（代號(hào)③）?；钶d包括：1、流水壓力荷載（代號(hào)④），2、水壓力荷載（代號(hào)⑤）。工況1：1.2×①+1.4×②+1.0×③+1.4×④+1.4×⑤圍堰整體建模，鋼板樁分析結(jié)果綜上述分析，鋼板樁在工況1作用下受力更不利，因此整體建模以工況1加載計(jì)算。工況1作用下鋼板樁整體應(yīng)力分析結(jié)果如下圖。最大應(yīng)力為=136.3MPa<=310MPa，滿足要求。整體分析變形結(jié)果如下圖。最大撓度為8.2mm，小于L/400=6373/400＝15.9mm，滿足要求。3、工況2鋼板樁受力計(jì)算工況2是承臺(tái)第一次澆筑完畢，承臺(tái)與鋼板樁之間填筑砂礫石，承臺(tái)頂部側(cè)面30cm澆筑C30砼，砼達(dá)到強(qiáng)度后拆除第四道支撐時(shí)。在回填混凝土底面對(duì)鋼板樁施加固結(jié)約束，取1m寬鋼板樁，對(duì)回填混凝土底面以上鋼板樁進(jìn)行受力分析。圍堰長(zhǎng)寬比13.3/13.2=1.01，故取CW=1.5。水流速度按設(shè)計(jì)圖紙取V=1.5m/s。工況2鋼板樁計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7.11-6。B點(diǎn)外側(cè)水壓力：Pw=γwH=10×3.52=35.2kN/m2A點(diǎn)外側(cè)流水壓力：P′==2=1.5××1.52=1.7/2B點(diǎn)主動(dòng)土壓力：Pa′=γh=γ==35.2×0.49=17.2kN/m2C點(diǎn)主動(dòng)土壓力：Pa=γH+γh?2C√=γH+γ?2C√=γH+?2C√ =18.85×4.5×0.49+17.2-2×33×√0.49=12.6kN/m2D點(diǎn)被動(dòng)土壓力：Pp=γH+2C√=18.85×2×2.04+2×33×√0.49=64.7kN/m2荷載組合。恒載包括：1、支護(hù)結(jié)構(gòu)自重（代號(hào)①），2、主動(dòng)土壓力荷載（代號(hào)②），3、被動(dòng)土壓力荷載（代號(hào)③）?；钶d包括：1、流水壓力荷載（代號(hào)④），2、水壓力荷載（代號(hào)⑤）。工況2：1.2×①+1.4×②+1.0×③+1.4×④+1.4×⑤（1）鋼板樁彎應(yīng)力計(jì)算鋼板樁應(yīng)力圖如下：最大應(yīng)力為=39.5MPa<=310MPa，滿足要求。鋼板樁的彎應(yīng)力是能滿足要求的。（2）鋼板樁撓度驗(yàn)算：采用Midascivil計(jì)算單根鋼板樁的撓度曲線圖如下：最大撓度為2mm，小于L/400=1515*2/400＝7.6mm，撓度驗(yàn)算能夠滿足要求。第1、2層支撐圍檁每延米荷載分別為：48.7kN、110kN。7.11.6圍檁與內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算圍檁計(jì)算采用Midascivil7.9有限元分析軟件整體建模分析。由本計(jì)算書(shū)第六節(jié)對(duì)鋼板樁受力工況的分析，分兩種工況建立模型。鋼板樁、圍檁、支撐均采用梁?jiǎn)卧M。圍檁采用雙拼I56a工字鋼、支撐采用Φ630*8mm螺旋鋼管，具體布置詳見(jiàn)圍堰設(shè)計(jì)圖紙。圖7.11-7工況1整體模型示意圖1、工況1圍檁計(jì)算（1）荷載計(jì)算固定約束點(diǎn)取用之前計(jì)算出的基底以下2.87m，單根日本拉森Ⅳ鋼板樁受力寬度0.4m，將1m板寬壓力轉(zhuǎn)換成0.4m板寬的線荷載。荷載組合：工況1×0.4。（2）分析結(jié)果圍檁及支撐最大應(yīng)力=1807MPa<=215MPa，圍檁及支撐在工況1作用下滿足要求。圍檁變形值為DXYZ方向的綜合值。雙拼I56a工字鋼圍檁撓度最大值3.5mm＜==31.6，滿足要求。Φ630*8mm螺旋鋼管支撐撓度最大值2、工況2圍檁計(jì)算（1）荷載計(jì)算荷載組合=工況2,根據(jù)7.11.5節(jié)計(jì)算結(jié)果，第1、2層支撐圍檁每延米荷載分別為：46.9kN、106.4kN，取最大值第二層圍檁計(jì)算。建模采用分層加載分層計(jì)算，梁?jiǎn)卧M圍檁及支撐。（2）分析結(jié)果第二層圍檁及支撐應(yīng)力分析等值線示意如圖7.11-10。圍檁及支撐最大應(yīng)力=47.8MPa<=215MPa，第二層圍檁及支撐在工況2作用下滿足要求。圍檁變形值為DXYZ方向的綜合值。雙拼I56a工字鋼圍檁撓度最大值1.6mm＜==31.58，滿足要求。Φ630*8mm螺旋鋼管支撐撓度最大值1.4mm＜==22.39，滿足要求。1、圍堰整體抗浮驗(yàn)算由于鋼板樁底面打入到了粉質(zhì)粘土層，粉質(zhì)粘土層屬不透水土層，理論講鋼圍堰底部應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生浮力作用，但為安全起見(jiàn)，下面還是對(duì)鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算,只需抗浮力大于浮力即可。護(hù)筒、鋼板樁與封底混凝土之間粘結(jié)力均按150KPa考慮，鋼板樁與粉質(zhì)粘土粘聚力取33KPa。單根鋼板樁截面周長(zhǎng)1.5m。對(duì)于鋼板樁與封底混凝土之間的粘結(jié)力取值：按“封底混凝土自重”與“鋼板樁與封底混凝土的粘結(jié)力”兩者中間取小值。封底混凝土厚度為1m，水位標(biāo)高為4.33m，封底混凝土底面標(biāo)高為總浮力=13.2*13.2*11*10=19166.4kN封底混凝土重量=13.2*13.2*1*24=4181.8kN鋼護(hù)筒與封底混凝土的粘結(jié)力=3.14*1.5*1*9*150=6358.5kN鋼板樁與封底混凝土的粘結(jié)力=2*(13.2+13.2)*1*150=7920kN鋼板樁與土體摩擦力F=AC=1.5*132*4.5*33=29403kN鋼板樁圍堰自重＝217.5t=2175kN（根據(jù)圍堰數(shù)量表）封底混凝土自重<鋼板樁與封底混凝土的粘結(jié)力,兩者間取小值?？垢》€(wěn)定系數(shù)K=(4181.8+6358.5+29403+2175)/19166.4=2.2，抗浮穩(wěn)定系數(shù)大于1.25，故鋼板樁的抗浮穩(wěn)定性滿足要求。2、基坑底部隆起驗(yàn)算項(xiàng)目所處地質(zhì)為粉質(zhì)粘土，土的