xxx大桥锁口钢管桩桩计算书.docx
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xxx大桥锁口钢管桩桩计算书
xxx大桥
主墩承台锁口钢管桩围堰
设
计
计
算
书
计算:
复核:
审核:
2012年11月
目录
一、工程概况3
二设计依据及主要参考资料3
三主要施工参数3
四、钢管桩入土深度计算4
五、内支撑布置计算6
六、基坑底部隆起验算8
七、基坑底管涌验算8
八、封底砼强度验算9
九、支承杆(按φ600×10的钢管检算)10
十、抗浮稳定验算11
十一、嵌岩深度计算11
xxx大桥
锁口钢管桩围堰设计计算书
一、工程概况
xxx大桥起于K0+344止于K1+231,桥梁全长887m,桥梁分左右幅,主桥设计为45m+100m+300m+100m+45m斜拉桥,单幅桥面宽13.5m,主塔墩下部采用锥形柱桥墩,承台结构尺寸为25m×19m×5m,其下设计为16根φ2m桩基。
5#~6#为主墩,墩基础位于邕江河道深水中,河床主要以泥质砂岩和泥岩层为主,设计桩基嵌入中风化泥岩层中,5#墩桩基有效桩长60m。
承台采用锁口钢管桩围堰施工,采用一阶形式,承台底标高为55.428m,承台顶标高为60.428m。
结合工程实际,施工水位标高为64m,强风化泥岩层河床标高为58.2m。
现对5#墩围堰进行安全性检算。
二设计依据及主要参考资料
(1)设计图纸及相关设计参数
(2)《钢结构设计规范》GB50017-2003
(3)《公路桥涵地基基础设计规范》
(4)《铁路桥涵地基和基础设计规范》(GB10002.5-2005)
(5)《装配式公路钢桥多用途使用手册》
(6)《路桥施工计算手册》
(7)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
(8)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
(9)《简明施工计算手册》
三主要施工参数
1、计算水位:
64m,计算水流速度V=2.0m/s。
2、锁口钢管桩围堰标高:
66.5m;承台底面标高:
55.428m;承台厚5m;承台顶标高60.428m;现场实测河床面标高58.2m。
3、地质情况:
河床以下范围内为强风化泥岩,抗压强度平均为3.42MPa,厚度约20m。
取值:
强风化泥岩的重度为:
=27KN/m3,内摩擦角Ф=20°,水容重为w=10kN/m3;
4、桩身外地面均布荷载按0kN/m2计。
5、围堰内200cm厚C30封底砼。
四、钢管桩入土深度计算
单根桩上端为简支,下端为固定支撑,钢管桩入土深度的计算采用等值梁法,即将土压力为零的深度处近似视为钢板桩地下部分的反弯点(正负弯矩转折点位置),该点以上部分钢管桩内力与该点作为固定支撑,各支撑点简化多跨连续梁的内力是等值的。
钢板桩受力如下图所示:
图3.1钢板桩受力示意
桩身压力强度为0的点距河床面为u,u的计算公式如下:
式中,
为土容重;
K为被动土压力修改系数,取1.7;
为主动土压力系数;
被动土压力系数;
为总的主动压力(土体及水压力),
=5.8m
土质的内摩擦角
取20°,土的容重为27kN/m3,水的容重为w=10kN/m3。
主动土压力系数
=
=0.49;
被动土压力系数
=
=2.0;
=10*5.8+27*2*0.49=84.46kN/m
=84.46/(27*(1.7*2-0.49))=1.07m
钢板桩入土深度t的确定,即t=u+x,其中x根据Pc和钢板桩C点以下部分的被动土压力与主动土压力之和对桩底端力矩相等求得。
图3.2钢管桩受力分析
=84.46kN/m2;Rc=229kN
=4.18m
得钢管桩入土深度t=u+x=1.07+4.18=5.25m
五、内支撑布置计算
(1)作用于钢管桩上的土压力强度及压力
ka=tg2(45°-φ/2)=tg2(45°-20°/2)=0.49
Kp=tg2(45°+Ф/2)=tg2(45°+40°/2)=2.0
桩顶以下土压力强度Pa2:
Pa2=[(r-rw)*(58.2-53.428)]*Ka
=[(18-10)*4.772]*0.49
=18.706KN/m2
水压力(围堰抽水后)Pa3:
Pa3=rw*(64-53.428)=10*10.572
=105.72KN/m2
则总的主动压力(土体及水压力)Ea:
Ea=124.426KN/m2
(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:
根据:
[σ]=
=
(简明施工计算手册)
[σ]---钢板桩允许弯曲应力,取为190MPa
γ-------土的重度
ka-------主动土压力系数
-------钢管桩的截面抗弯模量2791cm3。
则:
h=
=330cm
=3.3m
计算支撑间距,按照支撑等弯矩布置,把钢板桩视作承受三角形荷载的连续梁,(简明施工计算手册图3-1)解之得:
h1=1.11h=1.11*3.3=3.66m
h2=0.88H=0.88*3.3=2.904m
h3=0.77H=0.77*3.3=2.541m
h4=0.7H=0.7*3.3=2.31m
根据具体施工情况,调整支撑间距,内部采用四层支撑,
第一层距管桩顶3.5m(考虑第一层支撑在水面以下),支撑中心平面标高63m。
第二层距离钢管桩顶5.5m,考虑支撑位于承台顶面以上,支撑中心平面标高为61m。
第三层距离钢管桩顶8.5m,考虑到围堰抽水后,在河床面支撑,支撑中心平面标高为58m。
第四层为临时支撑,设置在封底砼顶面以上,支撑中心平面标高为56m。
封底砼施工完毕后将其拆除。
具体布置情况见图1。
图1锁口钢管桩围堰支撑布置图
(3)各内支撑反力
采用简支梁法近似计算各内支撑反力。
根据Pn=1/2×γ×Ka×D×(hn+hn+1)
Pn---所求横梁支点承受的土压力
γ---土的重度
Ka---主动土压力系数
D---横梁支点至桩顶距离
hn---横梁支点至上一支点的距离
hn+1---横梁支点至下一支点的距离
第一道支撑主要承受水压力:
P1=10×1×3.5=35KN/m;
第二道支撑处:
P2=1/2×10×1×5.5×(2+3)=137.5KN/m
第三道支撑处:
P3=1/2×18×0.49×8.5×(3+3)=224.91KN/m。
第四道支撑处:
P4=1/2×18×0.49×10.5×(2+3)=463.05KN/m。
φ630*10支撑钢管为Q235钢,容许抗压强度为179MPa,安全。
为增强钢管支撑的稳定性,可对水平支撑钢管增加竖向支撑。
六、基坑底部隆起验算
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=18KN/m3,粘聚力取c=63.5Kpa
q=10*(64-53.428)=10.572KN/m2
由抗隆起安全系数K=2πC/(q+rh)≥1.2
则:
K=2*3.142*63.5/((10*10.572+(27-10)*(58.2-53.428))=2.13≥1.2
故不会发生隆起。
七、基坑底管涌验算
根据不发生管涌条件:
K=(h'+2t)r'/(h'rw)≥1.5
式中:
h'----水面至坑底距离
t----钢板桩入土深度
rw----水重度
k---抗管涌安全系数
r'----土的浮容重
r'=rs-rw=27-10.0=17KN/m3,
t=5.3m;h'=10.572m;rw=10.0KN/m3
则:
K=(10.572+2*5.3)*17/(10.572*10)
=3.4>1.5
即当钢板桩入土深度超过5.3m时,不会发生管涌。
八、封底砼强度验算
根据设计文件给出的地质情况,围堰底为强风化泥岩,岩层厚度大于20m,其下为中风化泥岩,均为不透水岩层,可抽水后明挖,并浇筑砼垫层。
1、验算是否可采用干封底(垫层)
根据A*γ’*h+c*u*h>A*γw*hw(简明施工计算手册)
A---围堰底部面积m2,为37.46*27.92=934.2;
γ’---土的浮容重KN/m3,取为27;
h----不透水层厚度m,取为20m;
C----土的粘聚力,KN/m,取为63.5;
u----围堰内壁周长m,取为122.76;
γw----水容重KN/m3,取为10;
hw----透水层的水头高度m,取为5.8
则:
934.2*27*20+63.5*122.76*20=660373.2
934.2*10*5.8=54183.6
660373.2>54183.6
故可采取干封底。
2、如岩层由于裂隙、溶洞等不良地质情况,可在围堰内回灌水后,进行水封底砼施工。
封底砼采用水下C30砼。
将封底砼近似简化为周边简支支承板的双向板计算,承受均布荷载时跨中弯矩M1、M2可按下式计算(《简明施工计算手册》):
M1=a1pl12
M2=a2pl12
a1、a2---弯矩系数,
L1/L2=0.82,a1=0.062;a2=0.042
p--静水压力形成的荷载(kN/m2);
假定封底混凝土取2.0m,p=(64-53.428)×10-2*24=57.72kN/m2
l1---矩形板的计算跨度,取小跨,为27.92m。
Mmax=0.062×57.72×27.922=2789.6kNm
封底砼厚度计算h:
+
其中:
k——为安全系数,取2.65
——计算宽度,取
000mm
——砼抗拉强度(
)
=1.4MPa
——附加厚度,
~
m,取0.3,
故:
+
=4.3+0.3=4.6m
该计算中没有考虑桩基础与封底砼之间的摩擦力、握裹力,封底砼与钢板桩之间的摩擦力,由于渗水造成的水压力的损失,由于钻孔桩造成的跨境的损失,以上这些都大大减小封底砼的弯矩,根据经验值,该封底砼采用C30砼、厚度2m,可以满足封底要求。
九、支承杆(按φ600×10的钢管检算)
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=30.95查表Ф=0.957
4、钢管的稳定性
σ=e/ФA=124575/0.957*185.26
=702.647kg/cm2<2150kg/cm2
通过检算φ600×10mm钢管稳定性满足要求,现场可采用φ630×10mm的螺旋钢管做为支撑杆。
所有围囹采用相同的材料制作围囹和支承杆,第二、三层临时支承采用Ф630×10mm的钢管支撑在桩基护筒或临时管桩上,第二层采取逐步置换的方法,将支撑由桩上转化到过桥支撑上,必要时可在基底附近增加第四层支撑,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。
十、抗浮稳定验算
封底混凝土等级C30,厚2.0m,施工水位64m,封底混凝土底面高程53.428m,主墩处河床强风化泥岩层最低标高58.2m,则水头差h=10.572m。
主墩承台下共有16根φ2m桩基,查路桥计算施工手册,取桩基与封底混凝土的摩阻力τ=120kPa。
围堰内部尺寸28.55m×34.1m,其中16个钢护筒2.4m,则基底净面积是
。
水浮力:
=10×10.572×973.55=102923.7kN;
封底混凝土自重:
=24×2.0×973.55=46730.4kN;
桩基与封底混凝土的摩阻力:
=120×16×3.1
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