小金山大桥主墩桩基施工中护筒稳定性计算Word文档格式.docx
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范厚彬
复核:
楼普增
浙江省交通工程建设集团有限公司
二零零年七月十八日
小金山大桥主墩桩基施工中护筒安全性验算
1、计算资料
根据桩基施工方案:
利用已搭设好的浮式平台,沉放四根内径3.2m、壁厚为0.026m的钢护筒到位,对钢护筒外、孔内的空隙用水下砼封底,再用型钢将四根钢护筒连接成整体,并在护筒中部设置定位框,最后在护筒顶部采用型钢搭设钻孔施工平台。
施工平台搭设好后在平台上用直径为2.85m冲击钻机冲击成孔,然后清孔、下钢筋笼、灌注水下砼,水下砼采用水上浮式搅拌船搅拌,输送泵泵送入模。
钻孔平台具体搭设请见附件1
上述施工方案中,钢护筒既作为成孔护筒,又作为钻孔平台的承载系统。
为确保安全,需对护筒安全性进行验算。
计算时的载荷:
①经计算,每台冲击钻机系统冲击时对钻孔平台垂直载荷取23吨,水平载荷考虑2.3吨;
②考虑型钢及其护筒等的自重。
计算工况分四种情况:
①一台钻机钻孔;
①两台钻机同时钻孔;
①三台钻机同时钻孔;
①四台钻机同时钻孔。
2、计算数学力学模型
由于本计算只考虑护筒安全性,因此,顶部型钢采用足够强度、刚度的虚拟梁进行替换,顶部型钢组合系统已另作验算。
计算时采用韩国工程软件MIDAS进行,把岩石地基以上的护筒、型钢梁划分为一般梁单元,而把岩石地基内的护筒划分为弹性地基梁单元。
单元总数为583个,节点总数为569个。
岩石地基内的护筒四周均灌注混凝土,根据中华人民共和国交通部发布的《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)第66页附录六:
基础按m法的计算,岩石地基系数C0我们取15000000KN/m3,该系数不随岩层面的埋置深度而变。
进而可换算出:
在岩石地基内护筒节点上的弹性抗力系数为KX=Ky=Kz22110000KN/m。
另外,护筒底部岩石视为基岩,给护筒底部以竖向约束的边界条件。
3、计算结果及分析
根据以上数学模型,对四种工况进行了计算。
现通过图表形式把结果一一列出:
1)工况一(一台钻机钻孔)
图1工况1组合应力云图(最大组合应力为24.7Mpa)
图2工况1变形云图(最大变形为2.7mm)
2)工况二(两台钻机同时钻孔)
图3工况2(a)组合应力云图(最大组合应力为23.9Mpa)
图4工况2(a)变形云图(最大变形为2.66mm)
图5工况2(b)组合应力云图(最大组合应力为24.3Mpa)
图6工况2(b)变形云图(最大变形为2.01mm)
图7工况2(c)组合应力云图(最大组合应力为25.6Mpa)
图8工况2(b)变形云图(最大变形为2.9mm)
3)工况三(三台钻机同时钻孔)
图9工况3组合应力云图(最大组合应力为25.2Mpa)
图10工况3变形云图(最大变形为2.48mm)
4)工况四(四台钻机同时钻孔)
图11工况4组合应力云图(最大组合应力为24.4Mpa)
图12工况四变形云图(最大变形为2.03mm)
从以上可知,四种工况的最大组合应力为25.6Mpa,最大变形两为2.9mm。
25.6远远小于型钢及钢护筒的强度设计值取205Mpa,即使考虑荷载有1.5的冲击系数,钢护筒强度是足够的。
再有λ=2.9×
10-3/35.3=1/12172.4<
<
1/1000,整个施工平台护筒稳定性完全能满足要求。
岩石地基内的护筒均划分成弹性地基梁单元进行了计算,也就是考虑了岩石对护筒的摩擦力,即使这样,基岩仍给护筒底部反力(计算时给了Z方向的约束),所有工况中的最大反力为1.38吨,有应力=1.38×
104N/(3.14×
3.2×
0.026)=0.053Mpa,能满足要求。
4、注意事项
①该计算只针对了护筒及其周围岩石的安全性进行了验算;
②所有焊接质量需满足规范要求,焊接强度要足够;
③护筒垂直度要满足规范要求;
④护筒外侧所灌注的水下混凝土要求密实,不允许有空洞。
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