大桥主墩承台钢板桩设计计算书.docx

x大桥主墩承台钢板桩

设
计
计
算
书

x大桥主墩承台钢板桩计算
已知条件：
1、施工水位：+17.50m
2、平台土围堰标高：+19.00m；承台底面标高：+11.67m；承台厚4.8 m。
3、土的重度为：18.8KN/ m3，内摩擦角Ф=20.1°
4、距板桩外1.5m均布荷载按20KN/ m2计。
5、围堰内50cm厚C20封底砼。
6、拉森Ⅳ型钢板桩 W=2037cm3，[f]=200MPa
钢板桩平面布置、板桩类型选择，支撑布置形式，板桩入土深度、基底稳定性设计计算如下：
(1)作用于板桩上的土压力强度及压力分布图
ka=tgа（45°-φ/2）= tgа（45°-20.1/2）=0.49
Kp= tgа（45°+Ф/2）= tgа（45°+20.1/2）=2.05
板桩外侧均布荷载换算填土高度h1，
h1=q/r=20/18.8
=1.06m
+17.50m以上土压力强度Pa1：
Pa1=r*(h1+1.5)Ka=18.8*(1.06+1.5)*0.49
=23.6KN/m2
+17.50m以下土压力强度Pa2：
Pa2=[r*(h1+1.5)+（r-rw）*（17.5-11.67）]*Ka
=[18.8*(1.06+1.5)+()18.8-10*5.83]*0.49
=48.7KN/m2
水压力(围堰抽水后)Pa3：
Pa3=rw*(17.5-11.67)=10*5.83

=58.3 KN/m2
则总的主动压力(土体及水压力)Ea：
Ea=(23.6*2.56)/2+23.6*(2.56+5.83)+(48.72-23.6)*5.83/2+58.3*5.83/2
=471.4 KN/m2
合力Ea距承台底的距离y：
471.4*y=23.6*2.56*5.83+2.56/3+23.6*5.83*5.83/2+(48.72-23.6)/2*5.83*5.83/3+58.3*5.83/2*5.83/3
=2.28m
(2)确定内支撑层数及间距
按等弯距布置确定各层支撑的间距,根据拉森Ⅳ型
钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:
h= =
=298cm
=2.98m
h1=1.11h=1.11*2.98=3.3m
h2=0.88H=0.88*2.98=2.62m
h3=0.77h=0.77*2.98=2.3m
根据具体情况，确定采用的布置如右图所示：
（3）各内支撑反力
采用简支梁法近似计算各内支撑反力
P1=23.6×2.56/2+23.6×(0.34+2.89/2)+31.22×0.34/2+31.22×2.89/2+(95.97-31.22)/2×2.89/2
=146.15 KN/m
P2=95.97×（2.6/2+2.89/2）+（130.62-95.97）/2×2.6/2-（95.97-31.22）/2×2.89/2
=227.11KN/m
（4）钢板桩入土深度：

土的重度考虑浮力影响后，取r=8.8KN/m2
Kn=r(Kp-Ka)=8.8*(2.05-0.49)
=13.73 KN/m3
则r*( Kp-Ka)*X*X*X*2/3*1/2
=2.28*471.4
得X=6.12
取安全系数K=1.1
X=1.1*6.12=6.73m
所以钢板桩的总长度L为：
L=6.73+1.06+7.33=14.76m
选用钢板桩长度16.0m，7号墩考虑为18.m。
(5) 基坑底部的隆起验算
考虑地基土质均匀,依据地质勘察资料,其土体力学指标如下:
r=18.8 KN/m3，c=21.1Kpa，q=20 KN/m2
由抗隆起安全系数K=2πC/（q+rh）≥1.2
则：
h ≤(2πC -1.2q)/1.2r
≤(2*3.14*21.1-1.2*20)/1.2*18.8
≤ 4.8m
即钢板桩周围土体不超过4.8m时，地基土稳定，不会发生隆起。实际施工中，尽量减小坑沿活载，同时适当降低板桩侧土体高度，以避免基坑底部的隆起。
（6）基坑底管涌验算
根据不发生管涌条件：
K=（h＇+2t）r＇/ h＇rw≥1.5
r＇=rs-rw=18.8-10.0=8.8 KN/m3, t=5.0m h＇=7.0m rw=10.0 KN/m3
则K=(7+2*5)*8.8/7*10
=2.13＞1.5
即当钢板桩入土深度超过5m时，不会发生管涌。
（7）坑底渗水量计算：

Q=K*A*ι= K*A* h＇/( h＇+2t)
根据设计地质资料，土的综合渗透系数取0.08m/d
则Q=(0.08*26*20*7)/(7+2*5)
=17.12m3
根据其渗水量的大小，为到达较好的降水效果利于承台施工，在承台外侧与钢板桩之间设置8个降水井。
（8）整体抗浮稳定性检算：
当停止降水或抽干基坑内积水时，封底层底面因受到静水压力作用，则要求
K=Pk/Pf=(0.9Ph+λ*L*∑fι*h)/Pf≥1.05
=（0.9×842.8+0.6×（26+20）×14×21.1）/20×26×（17.
5-11.67-0.8）
=0.6＜1.05
但由于在施工中，将在基坑内封底砼中设置降水井，降水工作不停止，降水后水位比封底砼底面要低，静水压力较小，从而不会发生整体上浮。
（9）封底砼强度验算
将封底砼近似简化为简支单向板计算，封底砼抗拉强度：
f=1/8*Qι2/W=3ι2/4d[rw（h+d）-rc*d]
=3*20/4*0.5[10*5.03-22*0.5]
=1260＜[f] =1500Kpa
（10）围囹受力计算(26m):
1、 支承力：P1=P/4=498.3/4=124.575t=124575kg
2、 支承布置见右图。
3、 围囹采用Ⅰ36a，同时腹板每隔1米两侧加焊一道，翼板间焊接2米通长钢板，加焊缀板后形成封闭箱型结构。
4、 弯矩

Mmax=1/8q(l2-4a2) =1/8*19.165*(6.52-4*3.252)=0
5、 剪力
Q=R/2=62287.5kg
τ=Q*Sx/Ix*d=62287.5*514.7/15800*1.58
=1284.2kg/cm2＜1300 kg/cm2
6、 围囹分2段，每段12.9m
7、 20m布置，同样为2段，每段长度9.9m 。

（11）支承杆，采用φ600×10的钢管
1、 钢管截面积
A=1/4π(D2-d2) =π/4*(602-582)=185.26cm2
2、 钢管的回转半径
ι=0.354*(D+d)/2=0.354*(60+58)/2=20.88cm
3、 钢管的长细比
λ=μl/ι=650*1/20.88=31.13 Ф=0.957
4、 钢管的稳定性
σ=e/ФA=124575/0.957*185.26
=702.647kg/cm2＜2150 kg/cm2
5、第一层、第二层采用相同的材料制作围囹和支承杆，第二层、第三层临时支承采用Ф600×6的钢管支撑在桩基护筒上，第二层采取逐步置换的方法，将支撑由桩上

转化到过桥桩上，第三层钢管支撑浇筑封底砼后且达到一定强度后将支承杆拆除。
6、首层砼浇注厚度为2米，达到一定强度后拆除第二层支撑。
第三道围囹采用2Ⅰ36a工字钢，如下图所示。