水中承臺(tái)鋼板樁圍堰計(jì)算書

1、水中承臺(tái)鋼板樁圍堰方案一、工程概況太中銀鐵路東自樞紐的站引出，經(jīng)的、晉中、呂梁，跨黃河入省市，西進(jìn)入自治區(qū)市，在包蘭鐵路黃羊?yàn)痴窘榆壷林行l(wèi)；同時(shí)修建定邊至的聯(lián)絡(luò)線。正線長(zhǎng)約752km， 聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)約 192km。永寧黃河特大橋?yàn)槿€重點(diǎn)控制工程的兩橋一隧之一。永寧黃河橋中心里程LDK672+962.76,孔跨布置為(2-32m) + (4-24m) + (38-32m)單線簡(jiǎn)支 T 梁 + (18-48m) 單線簡(jiǎn)支箱梁+ (13-96m)簡(jiǎn)支鋼桁結(jié)合梁+ (5-48m)單線簡(jiǎn)支箱梁+ (4-32m)單線簡(jiǎn)支 T 梁，橋長(zhǎng) 3942.08m。橋址位于平原中部，橫跨黃河，河面寬約 800米，最大水

2、深 5.7 米, 流速 2.0 米/ 秒, 設(shè)計(jì)水位 1111.68 米, 最高通航水位 1111.55 米, 測(cè)時(shí)水位 1110.09 米；63#墩-70# 墩 處在河中，其中 63#墩、67#墩-70# 墩處在河中， 64#墩-66# 墩處在河中的沖積漫灘上， 地層多為巨厚的粉、細(xì)砂層；承臺(tái)尺寸均為 14.6*14.6*6.5 米, 底標(biāo)高均為 1099.06 米, 每個(gè)承臺(tái)下設(shè)16根© 1.5米鉆孔樁,基礎(chǔ)混凝土均為C30，橋址地質(zhì)柱狀圖如下:工強(qiáng)名稱蜀艮龍躱至中衛(wèi)至銀川嶽踣J評(píng)第處孔59孔坐標(biāo)S = 42333C6.00工點(diǎn)名稱尿?qū)廃S訶特九橋孔口陰10?J6 mE = OIQ

3、VG.OOQ5-ZD-5&開工咔2OT5 7 取初JU位深廈I aLDMB74+DM.OO畑期2005 7 M穩(wěn)文水值深廈北層同（耐層黒（耐址層刑帀 比河尺I3W巖土菁述$4:J©6.50100.666.MjW JZ1於芒細(xì)砂，天然密度2.01】/匚杓3,內(nèi)摩擦 角24度，凝聚力匚=耳|沁”粒徑 Gn）:0.5-0.25（2.7%）； 0.25-0.075（84%）; <0.075（13.3 %）/l'.5GC5b.ee5.0Cr細(xì)砂,粒徑(鬥):0.5-0.25(3.5%);0.25-0.075(87.6%);<0.075(8.9%)1901?.506.

4、m細(xì)砂，粒徑(廠n) : 0.5-0.25(4 %) ；0.25-0.075(85%) ； <0.075(11 %)7102；20問(wèn).査<7£細(xì)砂，粒徑(門門)：0.5-0.25(7.5%);0.25-0.075(89.2%);<0.075(3.3%)Q?,111QC ;!i 二S.K細(xì)砂，粒徑(nr):0.5-0.25(4%);0.25-0.075(85.9%);<0.075(10.1%)旳：1血:：二、鋼板樁圍堰方案綜述綜合考慮河中水文特點(diǎn)及地質(zhì)情況，從節(jié)約成本出發(fā)，承臺(tái)基坑施工擬采用鋼板樁圍堰方案承臺(tái)平面尺寸為14.6mx 14.6m,鋼圍堰平面尺寸設(shè)計(jì)

5、為 16.8mX 16.8m。方案一：采用2根15米寬0.4m的ISP- W鋼板樁接長(zhǎng)至30m圍堰完成一般沖刷及 局部沖刷后，鋼板樁埋入砂層 6米，未滿足鋼板樁固結(jié)所需求的入土深度，圍堰外側(cè)設(shè) 30根© 800X10mm 30m長(zhǎng)鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。方案二：主要考慮鋼板樁較長(zhǎng)無(wú)法全部打入砂層中時(shí)，采用2根12米鋼板樁接長(zhǎng)至24m圍堰完成一般沖刷及局部沖刷后，河床面至鋼板樁圍堰底，采用拋填袋裝碎石埋沒(méi) 鋼板樁圍堰，拋填高度為6米，圍堰外側(cè)設(shè)30根© 800x 10mm 30m長(zhǎng)鋼管樁用于穩(wěn)定鋼 板樁圍堰，防止其傾覆。承臺(tái)底至水面鋼板樁長(zhǎng)12.49m,為保證抽

6、水后鋼板樁安全，基坑支撐的施工與基坑水 位的下降按“先支撐后降水，分層支撐分層降水”的原則進(jìn)行，結(jié)合實(shí)際，共設(shè)五層支 撐圍囹，頂層采用2I40a槽鋼制成，其余每層圍囹采用 2145c工字鋼制成，每層圍囹間 隔2.5m。每層圍囹側(cè)采用8根© 600X10mnffl管斜支撐，鋼管長(zhǎng)分別為 9.5m，4.75m。鋼圍堰及外側(cè)支撐鋼管平面布置圖如下：寸44441G.B支撐圍囹平面圖如下:鋼圍囹3,3613f3G3,363.3G3,36三、方案一情況下鋼板樁圍堰計(jì)算1、鋼板樁沖刷計(jì)算1.1、一般沖刷計(jì)算按公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)(JTG C30-2002) 64-2簡(jiǎn)化式計(jì)算:Q2 .0.90

7、. hp仙七)看Bc .0.66)Beg)式中:hp 橋下一般沖刷后的最大水深(m)；Qp 頻率為P%的設(shè)計(jì)流量(m3/s)；Q2 橋下河槽部分通過(guò)的設(shè)計(jì)流量(m3/s),當(dāng)河槽能擴(kuò)寬至全橋時(shí)取用 Qp ；Qc 天然狀態(tài)下河槽部分設(shè)計(jì)流量（m3/s）;Qti 天然狀態(tài)下橋下河灘部分設(shè)計(jì)流量（m3/s）;Bcg 橋長(zhǎng)圍的河槽寬度（m），當(dāng)河槽能擴(kuò)寬至全橋時(shí)取用橋孔總長(zhǎng)度；Bz 造床流量下的河槽寬度（m），對(duì)復(fù)式河床可取平攤水位時(shí)的河槽寬度；設(shè)計(jì)水位下，在Bcg寬度圍，橋墩阻水總面積與過(guò)水面積的比值；橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)；hem 河槽最大水深（m）；A 單寬流量集中系數(shù)，山前變遷、游蕩、寬灘河段當(dāng)

8、Ad>1.8時(shí)，A可采用1.8 ；h z 造床流量下的河槽平均水深（m，對(duì)復(fù)式河床可取平灘水位時(shí)河槽平均水深。 帶入下表已知數(shù)據(jù)Q (m 3/s)hcmBz(m)Hz(m)Q1 (m3/s)Qc(m/s)5750.005.70550.003.40706.00 15044.00Bc(m)Bcg(m)阻水面積（m2）總過(guò)水面積（m2）550.00550.000.96193.82875.00計(jì)算得hp=8.27m1.2、局部沖刷計(jì)算按公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)（JTG C30-2002） 65-2簡(jiǎn)化式計(jì)算:當(dāng) V < V。hbK K 2B10.6hp0.15(VvV0)V0當(dāng) V>V

9、。1hbK K 2B1°.6hp°.15(VvV°)n2V00.0023-0.24K 2220.375ddV00.28(d0.7)0.5V00.12(d0.5)0.55式中:hb 橋墩局部沖刷深度（m ；K 墩形系數(shù)；Bi橋墩計(jì)算寬度（m；hp 一般沖刷后的最大水深（m ；d 河床泥沙平均粒徑（mm；K 2河床顆粒影響系數(shù)；Vo 河床泥沙起動(dòng)流速（m/s）;V 墩前泥沙起動(dòng)流速（m/s）；匕一指數(shù)V 一般沖刷后墩前行進(jìn)流速（m/s）Ad0.11.04Bc0.34 (hem )2/3 v(i(亍e式中:Ve 河槽平均流速（m/s）； he 河槽平均水深（m。 代入下

10、表已知數(shù)據(jù)KhcmheB(m)hp(m)d (mm)Ve1.055.703.40178.270.202.00Bz(m)Hz(m)Q(m3/s)Qe(n3/s)Be(m)Beg(m)550.003.405044.005044.00550.00550.000.96計(jì)算得hb=15.02m2、封底混凝土計(jì)算2.1、荷載計(jì)算水下封底混凝土承受的荷載應(yīng)按施工中最不利的情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰的水被排干，封底素混凝土將受到可能產(chǎn)生的向上水壓力的作用，現(xiàn)以此荷載（即為 水頭高度減去封底混凝土的重量）作為計(jì)算值。采用2m厚C25混凝土封底，取1m寬計(jì)算，水面至承臺(tái)底的高度h=1111.55 1099.

11、06=12.49m，混凝土主要受靜水壓力及自重作用。線荷載 q = 丫（h+2） X 1.0 24X 2X 1.0=96.9KN/m2.2、材料力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo)2.55 104MPa 10.667 m36乎 °667m42m22.3、力學(xué)模型2.4、承載力計(jì)算采用清華大學(xué)SM Solver進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析:Mmax 1166.84kNmfmax 1.24mmt,maxMmax 1166.84 106W 0.667 1091.75MPaftk 1.78MPa，合格;fmax1.24mm 17000，合格。4003、圍堰的抗浮穩(wěn)定性計(jì)算圍堰封底后，整個(gè)圍堰受到被排水的向上浮力作用，應(yīng)驗(yàn)算其

12、抗浮系數(shù)KoK=G/F1式中：G鋼板樁重量(含支撐)+封底混凝土自重+樁基混凝土重量之和+樁基側(cè)摩阻力F V 10 16.8 16.8 12.4935282kN1 516 根© 150cm樁基混凝土重量 G樁 16 混凝土 V=16 24()2 60=40715kN由G樁F,得G> F,即K1,貝U穩(wěn)定性滿足要求。4、鋼板樁計(jì)算4.1、鋼板樁入土深度計(jì)算鋼板樁頂口未加圍囹及對(duì)口支撐時(shí)，僅靠入土深度提供的土壓力維持鋼板樁的穩(wěn)定。封底混凝土底面EE、荷載計(jì)算a、土壓力計(jì)算土壓力米用eakaHepkpH計(jì)算ka 主動(dòng)土壓力系數(shù)，ka tan （45 ）,為砂土的摩擦角（24 ）;kp

13、 被動(dòng)土壓力系數(shù)，kp tan2（45-）；卜土層厚度（m ；土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1 KN/m1m寬圍的動(dòng)水壓力P 10KH B則土壓力計(jì)算分別如下：主動(dòng)土壓力系數(shù)2ka tan (4524)0.4222被動(dòng)土壓力系數(shù)2kptan (4524)2.3712主動(dòng)土壓力eakax 4.2x2kN /m被動(dòng)土壓力epkp(8.8 x)10.1 2.371(8.8 x) 24(8.8 x) kN /m2b、動(dòng)水壓力計(jì)算動(dòng)水壓力采用P2v10KH -2gB 計(jì)算：K，此處取 2.0 ；H水深（m，此處為23.29m；v流速（m/s），此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為

14、1m丫一水的容重（kN /m3）; g重力加速度（m2/s ）。10 2 23.292g1 10932kN2 10、入土深度計(jì)算取1m寬圍對(duì)B點(diǎn)取矩，令Mb 0，埋入深度為x米,得P(Hx) eax1 ep1 h223 p2承臺(tái)底1099.06局部沖刷1088.26帶入荷載解三次方程，經(jīng)試算得：x=7.9m4.2、鋼板樁穩(wěn)定性計(jì)算由于水中沖刷太大，鋼板樁不能滿足固結(jié)條件，如鋼板樁再接長(zhǎng)，其打設(shè)入土困難， 并需對(duì)鋼板樁進(jìn)行截?cái)嗵幚恚浣?jīng)濟(jì)上并不可取，對(duì)此，在鋼板樁圍堰外側(cè)設(shè)30根© 800 x 10mm 30m長(zhǎng)鋼管樁與圍堰聯(lián)成整體，用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰，防止其傾覆。鋼板樁圍堰處標(biāo)高圖如

15、下:樁頂 1112.05 |水面 1111.55般沖刷1103.28樁底 1082.05 I、荷載計(jì)算鋼板樁受力圖示如下:f2、f3、f4，鋼板樁外設(shè)15排30根© 800X 10mm岡管樁，鋼管樁給予的總拉力為F,要 使鋼板樁保持穩(wěn)定，各力對(duì)中心線00求矩，使得 M抗傾覆kM傾覆,k為安全系數(shù)（），此處取 1.8。（1）動(dòng)水壓力計(jì)算2動(dòng)水壓力采用 P 10KH B 計(jì)算：2gK，此處取 2.0 ；水深（m，此處為23.29m；v流速（m/s），此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為16.8m；丫一水的容重（10KN /m3）;g重力加速度(10m2 / s ) o2動(dòng)水壓力P 1

16、0KH B2g10 2 23.29416.8 1015651 KN2 10(2) 土壓力計(jì)算土壓力按如下公式計(jì)算HEa ea 7 B $kaHE p e p H2 bkpH式中：ka 主動(dòng)土壓力系數(shù),katan2(45 -),為砂土的摩擦角(24 );kp 被動(dòng)土壓力系數(shù),kp2tan (45-)；卜土層厚度(m ；B 土層寬度(16.8m);土的容重，此處由于土層位于水中,取土的浮容重10.1 KN /m3 o則土壓力計(jì)算分別如下:Ea1tan2 (45210.1tan (45024)6.2126 16.81381 KN2Ea22tan (45210.1tan (4515 0115.0116

17、.88066 KN2E p1tan2 (4524o2o10.1tan (4524oT)6.216.2116.87757 KN2Ep2tan2 (4524o虧)h22o10.1tan (4524oy)15.0115.0116.845320 KN2(3)摩擦力計(jì)算鋼板樁側(cè)與土的接觸面水平投影長(zhǎng)度L=(96.99/1.55 ) X (16.8/0.4 ) =2628cm=26.28mf4L h126.28 6.21 30 4896 KN ,3 L h226.28 15.01 30 11834 KN(g、h2為土層厚度，t為土的極限摩阻力，此處為 30kPa。)421.2、穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)00求矩得：M

18、抗(Ep! EJ h3 (Ep2 Ea2)h (f f? faF(H h)帶入數(shù)據(jù)得M抗480656+29.5FHiM 傾 P (hj 15651 $ 23.29 6.21) 279449KN m由M抗傾覆1.8M傾覆得：F=758kN、鋼板樁外鋼管計(jì)算鋼板樁外設(shè)15排30根30m長(zhǎng)© 800x 10mn鋼管樁用于穩(wěn)定圍堰，由于鋼管樁在水中受力較大，為保證鋼管受力穩(wěn)定，需采取使每排兩根鋼管樁形成整體共同受力，具體措施可采用© 810mn鋼箍套在鋼管樁上，鋼箍橫向采用20a工字鋼焊接牢固，沉入水底，第 二道鋼箍上采用2m長(zhǎng)/ 75x 10角鋼焊接成豎撐(保證與第一道鋼箍間隔2

19、n)沉入水中， 依次下去，共設(shè)置9道鋼箍套于鋼管樁上，以保證兩根鋼管樁形成整體受力。每排鋼管樁頂承受的水平力F =F/15=50.6kN。鋼板樁的沖刷對(duì)鋼管樁所處水深產(chǎn)生一定影響，具體影響圖示如下：（23.29m為鋼板樁入水深度，3m為鋼板樁與鋼管樁的間距。）2動(dòng)水壓力采用P 10Kh D 計(jì)算:2gK，此處取 1.8 ；h水深（m），此處為18mv流速（m/s），此處為2m/s；B阻水寬度（m），此處為0.8m；丫一水的容重（10KN /m3）;g重力加速度（10m/ s2）2總動(dòng)水壓力P 10Kh D2g10 1.8 1842 100.8 10518kN鋼管樁力學(xué)性能參數(shù)及指標(biāo)如下:A=9

20、9224mm2W=1.03 108 mm3I= 1.03 1011mm4力學(xué)模型如下：h 一Mmax P F h 518 9 50.6 18 5572.8kN m 2Fsmax P F 518 50.6 568.6kNmaxmax5572.8 1061.03 10854MPa181MPa，合格;maxs maxA568.6 103992246MPa106 MPa、鋼管頂支撐計(jì)算鋼管頂與鋼板樁之間采用2根20a槽鋼支撐，槽鋼受力N=50.6kNN 50.6 103A 2 28809MPa175MPa，合格。四、方案二情況下鋼板樁圍堰計(jì)算考慮方案一采用30m鋼板樁時(shí)，無(wú)法打入，因此方案二采用打入

21、24m鋼板樁，由于局部沖刷深度接近24m鋼板樁底，由于水流速度不斷變化，地質(zhì)條件的差異，因此施工 過(guò)程中需對(duì)圍堰沖刷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)沖刷較大，應(yīng)及時(shí)往水中拋填碎石道喳埋沒(méi) 鋼板樁圍堰，拋填高度為6米，確保道喳頂面高程為1094.26m,保證鋼板樁外側(cè)有6.21m 的入土深度。圍堰外側(cè)設(shè)30根© 800x 10mm 30m長(zhǎng)鋼管樁用于穩(wěn)定鋼板樁圍堰， 防止其 傾覆。鋼板樁標(biāo)高圖如下：樁頂 1112.05i水面 1111.55一般沖刷1103.28承臺(tái)底1099.06拋填碎石1094.26局部沖刷1088.26樁底 1088.05 I1、鋼板樁穩(wěn)定計(jì)算1.1、荷載計(jì)算鋼板樁受力圖示如

22、下：鋼板樁主要受動(dòng)水壓力P,主動(dòng)土壓力Eai、Ea2，被動(dòng)土壓力Epi、Ep2，摩擦力人、f2、f3、f4，鋼板樁外設(shè)15排30根© 800X10mn鋼管樁，鋼管樁給予的總拉力為 F,(1) 、動(dòng)水壓力計(jì)算2動(dòng)水壓力采用P 10KH B 計(jì)算:2gK，此處取 2.0 ；H水深(17.29m);v流速(2m/s)；B阻水寬度(16.8m);丫一水的容重(10KN /m3);g重力加速度(10m 10(2) 、土壓力計(jì)算 / s )2動(dòng)水壓力P 10KH B10 2 17.2916.8 1011619KN2g土壓力按如下公式計(jì)算HEa qB2其中eaka HH廠Ep ep y B其中ep

23、k pH式中：ka 主動(dòng)土壓力系數(shù)，ka2tan (452)，kp 被動(dòng)土壓力系數(shù)，kp2tan (452）；為砂土的摩擦角（24);h土層厚度（m ；B土層寬度（16.8m）;土的容重，此處由于土層位于水中，取土的浮容重10.1 KN/m3則土壓力計(jì)算分別如下：2 / 。24h1r一“2 ,o24、6.21Ea1tan (45)h11 B10.1tan (45)6.21 -16.81381 KN2222Ea2tan2 (45。240-)h2匹B10.1ta n2(450o 24)9.019.0116.82905 KN22222 / 。24。h|f246.21E p1tan (45)hi1 B

24、10.1tan (45)6.2116.87757 KN22222 。24。h22o2409.01Ep2tan (45)h22 B10.1tan (45)9.0116.816331KN2222（3）、摩擦力計(jì)算鋼板樁側(cè)與土的接觸面水平投影長(zhǎng)度L=（96.99/1.55 ） X （16.8/0.4 ） =2628cm=26.28m則 f1f4 L h126.28 6.21 30 4896 KN ,f2 f3 L h226.28 9.01 30 7104 KN1.2、穩(wěn)定性計(jì)算要使鋼板樁保持穩(wěn)定，各力對(duì)中心線00求矩，使得M抗傾覆kM傾覆，k為安全系數(shù)(1.5-2.0 ),此處取1.5。對(duì)00求矩得

25、：M 抗(Ep! EJ h3(Ep2 Ea2)h (f f? faF(Hh)帶入數(shù)據(jù)得M抗255121+23.5FHiM 傾 P ( h1) 11619 ( 17.29 6.21) 172600KN m由M抗傾覆1.5M傾覆得：F=16°.8kN2、鋼板樁外鋼管計(jì)算由于此時(shí)鋼管樁受力小于中受力，可不必進(jìn)行檢算五、鋼板樁受力檢算方案一、二中自承臺(tái)底至水面鋼板樁長(zhǎng)12.49m,為保證抽水后鋼板樁安全，基坑支撐 的施工與基坑水位的下降按“先支撐后降水，分層支撐分層降水”的原則進(jìn)行，結(jié)合實(shí) 際，共設(shè)五層支撐圍囹，每層間隔 2.5m，圍囹采用2145c工字鋼制成。1、鋼板樁計(jì)算1.1、荷載計(jì)算

26、取單塊0.4m寬鋼板樁計(jì)算，主要受動(dòng)水壓力、靜水壓力及鋼管拉力 動(dòng)水壓力產(chǎn)生的線荷載2vq1=10KHB2g4/H=10 2 12.50.4 10/12.5 16kN/m2 10K，此處取2.0 ;H-水深（12.5m）；v流速（2m/s）；B阻水寬度（0.4m）;丫一水的容重（10KN /m3）; g重力加速度（10m2/s）。靜水壓力產(chǎn)生的線荷載q2 H 0.4 12.5 10 0.4 50kN/m丫一水的容重（10KN /m3）, 水深（12.5m）F=50.6kN1.2、材料力學(xué)性能參數(shù)ISP- W型鋼板樁：342W 362cm , I 4670cm , A 96.99cm1.3、計(jì)算

27、模型66kN/mF=50.6kN1Illi'16kN/m T T T H1.4、承載力檢算采用清華大學(xué)SM Solver進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析:M max 38.34kNm Qmax 89.5kN fmax 1.64mmmaxmax38.34 1063362 10105.9MPa181MPa，合格;Qmax89.5 103A 96999.2MPa106MPa，合格;fmax1.64mm 2500 6.25mm，合格。4002、鋼圍囹受力檢算2.1、荷載計(jì)算最底層圍囹（受力最大）所在水深 H=12.5-2.5=10m,圍囹采用2145c工字鋼制成， 承受2.5m高度圍的鋼板樁傳遞的動(dòng)水壓力及靜水壓力。 每層圍囹側(cè)采用8根© 600x 10mm 鋼管斜支撐，鋼管長(zhǎng)為9.5m, 4.75m。2動(dòng)水壓力qlOKH B /H2gK，此處取 2.0 ;H-水深（10m）；v流速（2m/s）;B阻水寬度（1m）;丫一水的容重（10KN /m3）; g重力加速度（10m/s2 ）。靜水壓力q2H 2.5丫一水的容重（10KN /m3）,