主墩钻孔平台计算书0505.docx
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主墩钻孔平台计算书0505
沅江西大桥
主墩钻孔平台
计算书
编制:
复核:
常德市沅江西大桥项目经理部
2010年5月
一、设计条件
1、设计水位及高程
正常施工水位:
31m
2、地质条件
桥位区覆盖层巨厚,但覆盖层岩性较简单,两岸呈明显的二元结构,上部以亚粘土为主,次为粉土、粉细沙,下部为圆砾及卵石层。
河床中主要为圆砾、卵石层,仅表层存在厚度不大的砂层或淤泥质黏土层。
地层按由新至老的顺序分述如下:
第四系全新统(Qh)
①填筑土:
以黄色粘性土为主,含少量卵石、碎砖等,厚约0~10m。
为沅江大堤填土及居民区填土。
②粉质黏土:
黄褐色、灰褐色,可塑~硬塑。
广泛分布于沅江两岸,冲洪积成因。
北岸该层大致位于标高25.1m以上,厚约4.3~9.7m;南岸该层大致位于标高26m以上,厚约2~7m。
该层浅部受人类活动及淋滤作用影响,相对较硬,强度较高。
下部与砂层接触部分,由于受地下水浸泡影响,相对较软。
③粉土:
灰色、黄褐色,稍密~中密,含较多淤泥质和粉砂。
该层北岸颁布在K1+280以前,厚度约0.8~6.9m;南岸分布在K2+050之后,厚约2.4~8.3m。
④粉细砂:
灰色,松散~稍密,饱水,北岸基本广泛分布,南岸局部分布,两岸位于粉质黏土或粉土之下,厚度为0~4.0m;河床中分布于表层,厚度0~1.0m。
⑤卵石:
杂色,中密~密实,充填物以砂砾为主,卵石粒径以2~10cm为主,夹少量漂石。
本层分布于河床浅部,厚度约4.5m~8.0m。
第四系更新统(Qp)
⑥圆砾:
杂色、灰褐、灰绿色,中密~密实为主,局部含泥量较高为半胶结状,卵石含量从15%到70%不等,卵石粒径大小亦不均匀。
冲洪积成因。
砾卵石粒径2~60mm为主,磨圆度较好,母岩成份较杂,以砂岩、花岗岩、硅质岩等为主。
充填物以砂土为主,砂含量约10~35%,局部泥质物含量较高。
偶含少量漂石,漂石料径20~30cm为主,漂石含量一般小于10%。
局部夹粉质粘土层和砂层,一般厚度约为0.1~4.1m,钻探仅发现北岸主墩该夹层厚度较大,约达6.9~9.7m。
该层在桥位广泛分布,厚度巨大,限于钻探深度,本次勘探仅在主墩桩位揭穿该层,揭穿该层高程约为-32.00~33.4m。
⑦卵石:
杂色为主,局部为灰黄、灰绿色,中密~密实,局部半胶结,充填物以砂土为主,卵石粒径2~8cm为主,夹少量漂石。
冲洪积成因。
本层主要分布于河床浅部,两岸局部分布,河床浅部分布的卵石粒径较大,两岸局部分布的卵石粒径较小。
白垩系(K)
⑧泥质粉砂岩:
紫红色为主,夹灰绿色,泥质胶结,粉砂质结构,中厚层状,其中:
全风化层,岩芯一般呈可~硬塑土状,厚度约0~1.5m;强风化层,岩芯呈碎块状或柱状,但岩质软,易折断,厚度约0.3~1.6m;中风化层,局部夹薄层强风化岩,强风化岩岩质软,易折断,厚度一般不大于0.4m,中风化岩岩体一般较破碎~较完整,岩质较硬,局部含砾,揭露厚度大于19.3m。
该层仅在主跨桥墩处有揭露,揭露高程约为-32.0~33.4m,揭露该层的钻孔编号为ZK9~ZK13。
3、水文条件
沅水在陬市至枉水河口之间互为反向呈“Ω”状的急弯两个,沅水流经岩码头以下时,弯曲度特大,至常德城呈S型大弯,其中岩码头至临沅,弯曲长度为直线距离的四倍;河洑至落路口,河长近30公里,直线距离6.5公里。
沅水出新新兴咀后进入错综复杂的洞庭湖水系。
常德沅江西大桥两岸为堤防,两堤相距约860m,河底高程15.62~24.32m,两岸台地高程大多在34~36m左右。
一般水位不漫滩,本河段受洞庭湖顶托。
桥位居沅水下游,汛期发生在4月至8月,9月至次年3月为非汛期。
历史上洪水多发生在6月至7月,洪水过程多为峰高、量大、历时长的复峰型,8月份以后的洪水多呈峰高、量小的单峰型。
根据湖南省常德水文水资源勘测局桃源站实测最大流量29100m3/s(1996年7月19日),实测最大流量134m3/s(2005年10月26日),常德水文水资源勘测局常德
(二)站实测最高水位40.48m(1996年7月19日)、实测最低水位26.52m(1998年12月18日),多年平均水位29.46m,水深在9.41~23.37m,最高水位出现月份4~7月,最低水位出现月份12~2月。
常德市沅水西大桥所在地左岸属江北,防洪标准为100年一遇;右岸属武陵防护圈,防洪标准为50年一遇。
根据《常德沅水西特大桥防洪评价》分析,桥址处水文要素为:
设计流量:
Q1%=38800m3/sQ0.33%=46300m3/s
设计流速:
V1%=1.514m/s
设计水位:
SW1%=42.54mSW0.33%=44.72m
通航水位:
HW5%=41.14m(最低通航水位27.127m)
施工水位:
31.00m
壅水高度:
△Z=0.151m,长度3082m
4、设计荷载
1)结构自重:
钢材容重γ=78.5kN/m3;
2)平台堆载:
10kN/m2;
3)GPS25D型钻机:
主机外形尺寸(长×宽×高)7.5×4×9.5m,钻机荷载:
600kN,每个墩位设2台;
4)龙门吊荷载:
龙门吊由四组滚轮支撑,每组包含间距分别为0.736m的滚轮两只,每只滚轮轮压200kN,轨距:
19.0m,支腿间距:
15.0m。
5)设计流速:
2m/s
6)泥面标高——根据地形线
7)施工荷载:
2kN/m2
二、构件布置
平台平面主尺寸为19m×54m,平台面层顶标高暂定为+36m,采用高桩梁板结构。
平台基础采用Φ630×8钢管桩,上部结构采用型钢结构,主横梁选用2HN600×200组合型钢,主纵梁选用普通单层三排贝雷片(实际两片有效)。
平台两侧行走龙门吊,采用Φ830×12作为轨道桩,上部轨道梁采用2HM588×300。
塔吊基础桩采用Φ1000×12,平联采用Φ426×6钢管。
具体材料规格如下:
钢管桩——φ630×12、φ830×12、φ1000×12;
下横梁——2HN600×200;轨道梁——2HM588×300;
塔吊基础梁——暂定为2HN900;联系撑——φ426×6
贝雷架——双排单层[M]=1576.4kNm[Q]=490.5kN
四、设计条件计算
按不利情况考虑,栈桥结构自身抵抗洪水期水流侧向作用。
1)构件水流力计算
钢管桩
Ø1000水流力标准值
前排Fw=Cw(/2)m1V2A=0.73×0.5×1.0×2.02×18×0.73=19.2kN
后排Fw=Cw(/2)m1V2A=0.73×0.5×0.735×2.02×18×0.73=14.1kN
水流力的作用点位置标高为:
+29m(桩顶标高为+34m)
2)桩基嵌固点计算
选取Ø630×8桩,冲刷后泥面标高+20m(若低于此值,则须抛沙袋或块石护桩)
A=1.56×10-2m2,Ip=1.51×10-3m4,W=2.4×10-3m3,
嵌固点深度:
,其中
,
桩基嵌固点标高:
同理可算出:
Ø830×12桩:
,
(按5m考虑)
桩基嵌固点标高:
Ø1000×12桩:
,
(按5.5m考虑)
桩基嵌固点标高:
五、建模分析
1)工况一:
高水位,水流力横桥向,龙门吊负载行走,堆载作用;
a、应力模型
最大综合应力为56MPa<215MPa,满足要求。
b、变形模型
最大顺桥向变形1mm,横桥向变形17mm,竖向变形为6.6mm,满足要求。
c、反力模型
最大竖向反力为1181kN,未出现拔力。
d、轨道梁内力(已考虑移动过程中冲击作用)
最大剪力为1022kN。
最大弯矩为903kN.m。
最大竖向变形:
6.6mm<1/800L=8000/800=10mm,刚度满足要求。
2)工况二:
高水位,工作风速顺桥向,水流力横桥向,龙门吊移动到不利位置,钻机荷载作用。
a、应力模型
最大综合应力为198MPa<215MPa,满足要求。
b、变形模型
最大顺桥向变形3.4mm,横桥向变形17.1mm,竖向变形为12.4mm,满足要求。
c、反力模型
最大竖向反力为930kN,未出现拔力。
d、贝雷内力
最大剪力为496kN。
最大弯矩为911kN.m。
e、主横梁内力
最大剪力为531kN。
最大弯矩为768kN.m。
f、平联支撑综合应力
综合应力57MPa<215MPa,满足要求。
f、钢管桩综合应力
平台桩:
Φ630×8
龙门吊轨道桩:
Φ830×12
3)计算结果汇总
、应力计算表格(最大值)
构件类型
轴应力(MPa)
弯应力(MPa)
剪应力(MPa)
综合应力(MPa)
钢管桩
φ630×8
21(工况二)
139(工况二)
30(工况二)
160(工况二)
轨道桩φ820×12
(钢管砼)
30(工况二)
92(工况二)
31(工况二)
122(工况二)
轨道梁2HM588×300
11(工况一)
117(工况一)
81(工况一)
128(工况一)
贝雷梁
(内力标准值)
——
911kN.m
(工况二)
496kN
(工况二)
——
主横梁2HN600×200
6(工况二)
192(工况二)
46(工况二)
198(工况二)
平联支撑
φ426×6
27(工况一)
54(工况一)
6(工况一)
81(工况一)
、变形
最大顺桥向变形为3.4mm(工况二),最大横桥向变形为17.1mm(工况二),最大竖向变形为12.4mm(工况二)。
、最大反力
Φ830×12竖向反力:
1181kN(工况一)。
Φ630×8竖向反力:
332kN(工况二)。
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