单桩承载力计算.doc

城南路（高浪路~吴都路）工程水中钢管桩承载力计算
本工程桩机平台及现浇箱梁水中部分的基础均采用Φ377的钢管桩作为主要受力构件，上铺14#、20#方钢作为纵横梁与下部的钢管桩有效连接，形成整个基础受力体系。实测水位1.74m，河床-1.00m，钢管桩总长7m，出水1m（桩顶标高2.74m），入土深度3.26m(桩底标高-4.26)
考虑到钢管桩为开口式打入，承载力计算时主要以摩擦力为主。
参考本工程水中范围内的地质报告，我部钢管桩主要进入的地质层为③2层及④层，分别为粉质粘土夹粉土和粉土层。其地基承载力特征值及侧壁摩擦阻力分别为：
③2粉质粘土夹粉土：τi=49.2kPa，бR=140kPa，土层范围（-0.69~-3.29）
④粉土：τi=66.1kPa，бR=160kPa，土层范围（-3.29~-9.39）
单桩容许承载力[P]＝[桩侧极限摩阻力Psu＋桩底极限阻力Ppu]
（1）打入桩容许承载力按下式计算

P－单桩轴向受压容许承载力kN
U－桩周长m
li－桩在承台底面或最大冲刷线一下的第i层土层中的长度m
－于li相对应的各土层与桩侧的极限摩擦阻力kPa
A－桩底面积㎡
－桩底处土的极限承载力kPa
i －分别为振动下沉对各土层桩侧摩阻力和桩底抵抗力的影响系数，打入桩其值均为1
单根容许承载力：　
[P]=0.5×（αAбR +U∑αiLiτi）
=0.5*（1*0.377*3.14*0.2*140+3.14*0.377*（2.29*49.2+0.97*66.1））
=121.2KN=12.12T

断面范围内为水中满堂支架施工,长度L=10.4m，该段混凝土方量为：

=1/3*10.5*（11.5+8.65+）
=105m³
荷载P=105*2.5=262.5T
取总荷载Q=1.2P=1.2*262.5=315T
需要钢管桩N=Q/[P]=315/12.12=26根

通航孔范围内的现浇段为贝雷架施工,长度L=21m，该段混凝土方量为：
*2
=1/3*10.5*（7+8.652
=164m³
荷载P=164*2.5=410T
取总荷载Q=1.2P=1.2*410=492T
需要钢管桩N=Q/[P]=492/20=25根

1.9~2.6m等高箱梁支架体系设计
连续梁碗扣式承重支架立杆设置为实腹板、横梁、中隔板处纵、横距均为0.6*0.6M，腹板梁处纵向设置三排，横梁横向六排，中隔梁横向二排，单位承载面积为0.36M2。
空腹板处立杆设置间距为0.9M*0.9M，单位承载面积0.81M2，挑臂处立杆设置间距为纵向0.9M，横向1.20M，单位承载面积1.08M2。纵向设置三排；
横杆步高为1.2M，立杆底部设15*15CM可调底托板，立杆底部上60CM处设一道纵、横杆。底部扫地杆距地面高度小于35cm。
根据现场实际情况对所有现浇连续梁浇筑除跨G312国道为门洞支架外均采用满堂式宛扣承重支架，由于连续梁处在园曲线上，因此支架中间需打插，打插部分支架横杆采用Ф48mm壁厚3mm脚手钢管扣件连接。底模横.梁木采用两根Ф48mm壁厚3.0mm的脚手钢管，纵梁木采用10*10CM方木。
承重支架采用¢48碗扣支架搭设，所使用的下碗扣、上碗扣、横杆接头、限位销应符合验收规范并具有产品合格证和质检报告，碗扣支架钢管壁厚为3.0mm壁厚公差不得大于-0.025mm，上碗扣、可调底座及可调托撑螺母应采用可锻铸铁或铸钢制造，其机械性能应符合GB9440中KTH330－08及GB11352中ZG270－500的规定；下碗扣、横杆接头、斜杆接头应采用碳素铸钢制造，其材料机械性能应符合GB11352中ZG230－450的规定；立杆上的上碗扣应能上下串动和灵活转动，不得有卡滞现象；立杆与立杆连接的连孔处应能插入Ф12mm连接销。
附图1：匝道现浇箱梁支架示意图
3.2.2水上现浇箱梁支架体系设计
根据现场实际情况，对水中现浇箱梁碗扣式承重支架做如下设计：现浇箱梁下方打设Φ400的9m钢管桩做为承重基础，间距为横桥向1.5m，纵桥向2m满布；钢管桩顶齐平承台及下系梁顶面，桩顶纵桥向搁置20#方钢，并与桩顶焊接牢靠作为主梁；次梁为14方钢，横桥向间距1m均布；次梁上垂直与次梁方向均布10#槽钢，间距60cm作为碗扣式支架的基础。
碗扣式承重支架立杆设置为实腹板、横梁、中隔板处纵、横距均为0.6*0.6M，腹板梁处纵向设置三排，横梁横向六排，中隔梁横向二排，单位承载面积为0.36M2。
空腹板处立杆设置间距为0.9M*0.9M，单位承载面积0.81M2，挑臂处立杆设置间距为纵向0.9M，横向1.20M，单位承载面积1.08M2。纵向设置三排；
横杆步高为1.2M，立杆底部设15*15CM可调底托板，立杆底部上60CM处设一道纵、横杆。上部满堂支架尽量按照荷载分布情况，竖向立杆布置在支撑节点之上。
附图2：水上现浇箱梁支架搭设平面示意图

水上现浇支架示意图
6支架整体性结构措施
为加强支架的整体稳定性，必须设置横向、纵向和水平剪刀撑，具体布置参数及要求如下：
支架搭设时须设置斜撑（剪刀撑），纵向设置在外侧及靠近腹板处，横向设置在横梁处，每隔6m设一档。
可调节杆伸长量不得超过300mm，箱梁支架与完成的立柱形成抱箍，对平曲线半径较小的箱梁采用脚手钢管代替纵向连杆调节立杆间距。
模板支撑架四周从底到顶连续设置竖向剪刀撑；纵横向由底到顶连续设置竖向剪刀撑，其间距应小于等于4.5m。
剪刀撑斜杆与地面夹角应在45～60度之间，斜杆应每步与立杆扣接。
碗扣式箱梁支架剪刀撑布置表
剪刀撑形式

布置形式
横向剪刀撑
从每联端头开始，每4.5m设一排，每排连续设置。
纵向剪刀撑
顺桥向连续设置，两侧各一道，中间每隔4.5m设一道。
水平剪刀撑
从顶层开始向下每隔4步设置一道。
水平剪刀撑与纵横杆控制在45°左右，和立杆进行扣件连接。水平剪刀撑每4m设置一道。
荷载计算
验算依据：《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》JGJ166－2008
本工程碗扣式支架搭设采用ф48×3.0钢管，本方案采用30cm×60cm 、60cm×60cm、90cm×60cm及90cm×120cm为单元杆件，立杆间采用水平杆、同时按规范要求设置横向、纵向、及水平剪刀撑进行连接，形成一个整体性支架。
3.2.6.1 1.5m等高箱梁承载力设计值及验算
（1）、荷载分类及计算
永久荷载（荷载分项系数取1.2）。
钢筋混凝土比重取25KN/m3，结构高度1.6~1.9m渐变，取平均值1.75m，桥面宽度12.49m。
混凝土自重
一般桥墩横梁：
单位投影面积自重：q1（主）＝25×1.75×1＝43.75KN/m2
腹板：
腹板宽度0.5m，高度1.75m。
横截面面积，取最不利荷载处，宽度为0.4m，S2＝0.5×1.75＝0.875m2，每延米自重：G2＝0.875×25＝21.875KN/m
空腹部位：
顶板厚度0.25m，底板厚度0.25～0.36m
跨中底板厚度0.25m，单位宽度的横截面面积S3＝1×（0.25+0.25）＝0.5m2，
每延米自重：G3＝0.5×25×1＝12.5KN/m
模板及支撑木方的自重
根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范JGJ166－2008》中表4.2.3-1，模板及木方的自重取为0.50KN/m2
杆系自重
由于本工程标准段内箱梁支架搭设高度多数在10m以内，可不计算架体自重。
配件自重
1、脚手板自重标准值统一按0.35kN/m2取值。
2、操作层的栏杆与挡脚板自重标准值按0.14kN/m2取值。
3、支架上满挂密目安全网自重标准值按0.01kN/m2取值。
（2）可变荷载（荷载分项系数取1.4）
人员及施工设备荷载取1.0KN/m2
振捣混凝土时产生的荷载2.0KN/m2
作用于模板支撑上的水平风荷载标准值Wk
Wk＝0.7μzμsW0
μz—风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》查表得到，取值1.0
μs—风荷载体型系数，按《建筑结构荷载规范》查表得到，取值0.8
W0—基本风压（KN/m2），按《建筑结构荷载规范》查表得到，取值0.55
Wk＝0.7×1×0.8×0.55＝0.308KN/m2
单位长度侧模板上的风荷载为：W＝0.308×1×1.75＝0.539KN
1200
900

风荷载对跨中支架内力分析简图
Wv＝1200/900×W＝0.719KN
Ws＝（Wv2+W2）1/2＝1.258KN
（2）、荷载效应组合计算
①荷载计算
A、支撑材料
底模为竹胶板，底模铺设方木，断面为10×10cm，间距25m，碗口式支架顶部采用扣件式钢管连接，在钢管上纵向立放10×10cm木方间距为25cm。钢管支架采用WDJ碗扣式脚手支架，横梁、腹板处立杆纵横间距为0.6m×0.6m步距1.2m和空腹处纵横间距为0.9m×0.9m两种。
B、恒、活载计算
（1）、荷载系数取值：静载系数1.2，活载系数1.4
（2）、静载：
横梁及腹板处：q1=25×1.75=43.75KN/m2；
空腹部位： q2=25×(0.25＋0.25)=12.5KN/m2
支架、模板系统自重：q3=0.35+0.14+0.01=0.50KN/m2。
（3）、活载：
混凝土冲击荷载：q4=2.0KN/m2；
施工人员及施工设备荷载： q5=1.0KN/m2。
风荷载： q6= Wk = 0.7μz·μs·Wo=0.7×1×0.8×0.55=0.308 KN/m2
（4）荷载效应组合计算
一般横梁处：Q1=1.2×（q1+ q3）+0.9×1.4×（q4+q5+q6）
=1.2×（43.75+0.5）+0.9×1.4×（2.0+1+0.308）=57.27KN/m2；
空腹部位：Q2=1.2×（q2+ q3）+0.9×1.4×（q4+ q5+q6）
=1.2×（12.5+0.5）+0.9×1.4×（2.0+1.0+0.308）=19.77KN/m2；
腹板处：Q3=1.2×（q1+ q3）+0.9×1.4×（q4+q5+q6）
=1.2×（43.75+0.5）+0.9×1.4×（2.0+1+0.308）=57.27KN/m2；
门洞荷载计算
一、贝雷梁受力计算
1、单片贝雷梁I0 W=3578.5cm3
I=250497.2cm4
EI=526044.12KN.m3
弯[M]=788.2 KN.m
剪[N]=245.2KN
半幅桥共计36条贝雷梁，其中12条承载砼贝雷梁采用双拼，承载宽度0.9m，单片贝雷梁受力宽度0.45m，根据上文荷载计算结果，空腹部位荷载为：
q=[1.2×（q2+ q3）+0.9×1.4×（q4+ q5+q6）]×0.9/2
=[1.2×（12.5+0.5）+0.9×1.4×（2.0+1.0+0.308）]×0.9/2=8.9KN/m2
M===490.6KN.m<[M]=788.2 KN.m
N=qL/2=93.45KN<[N]=245.2KN
ƒ==42.8mm <[]=52.5mm

2、 局部腹板下方由六排贝雷承载，根据上文荷载计算结果，腹板处：
q=1.2×（q1+ q3）+0.9×1.4×（q4+q5+q6）
=1.2×（43.75+0.5）+0.9×1.4×（2.0+1+0.308）=57.27KN/m2
M===3157KN.m<6[M]=4729KN.m
N=qL/2=601.335KN<4[N]=980KN
ƒ==45.9mm <[]=52.5mm