承臺鋼板樁圍堰設計檢算

1、橋梁承臺鋼板樁圍堰設計驗算摘要：鋼板樁圍堰由于具有施工速度快、防水性能好、可重復利用等諸多優(yōu)點, 被廣泛應用于橋梁深水基礎圍堰工程。文章介紹了鋼板樁圍堰結構設計方案與結構驗算方法,為承臺鋼板樁圍堰施工提供了保證。關鍵詞：鋼板樁圍堰、設計、檢算Design and check calculation of Steel Sheet Pile CofferdamsLandi Miao（ShaanXi Railway Institute，Weinan ShaanXi 714000）Abstract:The steel sheet pile cofferdam is fairly used for co

2、nstruction of foundations in water area for its constructional feasibility, water proof ability and repetitive usage possibilities. .Key words :Steel sheet pile cofferdam；Design；Check calculation1 概述鋼板樁的作用是擋住基坑四周的土體，防止土體下滑和水從坑壁周圍滲入或從坑底上涌，避免滲水過大形成流砂而影響基坑開挖。它主要承受土壓力和水壓力，因此鋼板樁本身也是擋土墻，但它又非一般的剛性擋墻，它在承受水平

3、壓力時是彈性變形較大的柔性結構，它的受力條件與板樁墻的支撐方式、支撐的構造、板樁和支撐的施工方法及板樁入土深度密切相關，需要進行專門的設計計算。2 工程概況本橋長約8.5km，其中（40+56+40）m連續(xù)梁橋主墩承臺高4.0m，設計為雙層式（2.5m+1.5m）承臺，連續(xù)梁邊墩承臺設計為單層2m高承臺,其余承臺均為單層，高度有3.5m，3.0m ,2.5m，2.0m。122#169#承臺所處地質環(huán)境作用等級為H1，設計采用C35砼，其余承臺采用C30砼。承臺圍堰均采用鋼板樁圍堰。3 地質情況根據(jù)工程地質勘測報告， 承臺處的地質情況如表1。表1 承臺地質情況編號厚度（m）名稱重度（kN/m3)

4、固塊粘聚力（Kpa)固塊摩擦角( °）11.5黏土18.228.7811.46228淤泥質黏土16.915.195.024 設計施工方案概述 5 圍護結構計算5.1 設計計算參數(shù)5.1.1 材料設計強度值表3 鋼材設計強度值（N/mm2）鋼材抗拉、抗壓、抗彎抗剪承壓型號厚度或直徑（mm）Q2351621512532516-4020512040-6020011560-100190110Q3451631018040016-4029517040-6026515560-100250145說明：設計強度按鋼結構設計規(guī)范GB50017-2003取值。5.2.1鋼板樁計算參數(shù)鋼板樁型號：拉森型鋼板

5、樁，其規(guī)格及參數(shù)見圖1和表4： 圖1 拉森型鋼板樁斷面圖表4 拉森鋼板樁截面參數(shù)型號質量W(cm3)鋼板樁尺寸（mm）（kg/m）2700bht1t210660021027185.2.2鋼板樁支撐設計 本鋼板樁長初步擬定為12m，鋼板樁入土深度8.2米，鋼板樁立面圖如下：圖2 鋼板樁立面圖5.3.荷載計算鋼板樁外側主要承受主動土壓力、挖機自重，根據(jù)浙江省建筑基坑工程技術規(guī)范計堆載為20kN/，內側主要受圍囹內橫承和被動土壓力。主動土壓力 其中地面堆載，取 計算土壓力的點至地面的距離 基坑外側土的加權平均的重度 主動土壓力系數(shù)，為基坑外加權平均摩擦角 基坑外加權平均固塊粘聚力被動土壓力 其中計算

6、土壓力的點至地面的距離 基坑內側土的加權平均的重度 主動土壓力系數(shù)，為基坑內加權平均摩擦角 基坑內加權平均固塊粘聚力 5.3.1.圍堰內摩擦角計算根據(jù)工程地質勘測數(shù)據(jù)表格，對12m以上地質中的內摩擦角進行加權平均：5.3.2圍堰地質重度計算同理可以得到5.3.3圍堰主動、被動土壓力系數(shù)5.3.4固塊粘聚力 5.3.5鋼板樁入土深度計算基坑挖深4.8m，其中設一層鋼管支撐，如鋼板樁立面圖所示。取1m為計算單元，采用水土合算。5.3.5.1繪制出土壓力分布圖圖3 土壓力分布圖計算y值土壓力零點距離坑底y，則：計算支座反力主動土壓力臨界深度利用midas civil建立模型如下圖所示。圖4 鋼板樁土

7、壓力零點上部結構模型經(jīng)過計算，得出圍囹受力，及土壓力零點剪力。圖5 鋼板樁土壓力零點上部結構模型支點反力5.3.5.4 計算x值根據(jù)靜力平衡法，土壓力零點剪力和墻被動土壓力合力相等可求的x值：圖6 入土深度計算簡圖則埋置深度為：選取鋼板樁長度。5.4鋼板樁計算模型鋼板樁檢算時一個完整鋼板樁及其兩側半個鋼板樁為一單元，寬度1.2m，采用水土合算，截面及簡化截面如圖7所示。使用Midas Civil軟件進行計算分析。圖7 鋼板樁計算截面及簡化截面模型分析 鋼板樁插打完畢，埋深點以下基本不受力，故在埋深點位置設全約束，鋼管圍囹處設置一約束。則鋼板樁所受合力如圖所示。圖8 鋼板樁受力圖經(jīng)過Midas

8、Civil軟件計算，得到鋼板樁應力及變形如圖9和圖10所示：圖9鋼板樁應力圖最大應力=50.5MPa<=295 MPa，符合要求。圖10鋼板樁變形圖最大位移f=9.7mm<f=9000/150=60mm，滿足要求。5.5基坑底部的抗隆起穩(wěn)定性驗算 采用普朗德爾公式進行計算：其中抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)，要求地基承載力系數(shù)基坑外側支護結構底部至地面之間土層的加權重度基坑內側支護結構底部至坑底之間土層的加權重度基坑開挖深度支護結構嵌入深度支護結構底部滑裂面深度內土的加權粘聚力支護結構底部滑裂面深度內土的加權摩擦角支護結構底部抗隆起驗算地面超載折算值抗隆起穩(wěn)定性滿足要求。5.6鋼管圍囹結構模型分

9、析圍囹采用兩根I25a工字鋼并排使用，對口撐鋼管采用351×8間距4m。5.6.1型鋼圍囹模型分析取兩根鋼管間圍囹建模，模型如下所示。圖11 型鋼圍囹4m單元模型經(jīng)過Midas Civil軟件計算，得到型鋼應力及變形如圖12所示：最大應力=166.4MPa<=215 MPa，符合要求。圖12鋼板樁變形圖最大位移f=0mm滿足施工要求。5.6.2鋼管模型分析 鋼管所受軸力，鋼管截面積。承臺最大寬度10.2m，即基坑最大寬度13.2m，故鋼管最長長度12.9m。鋼管強度檢算，強度滿足要求。回轉半徑。 按b類查表得，穩(wěn)定。6.結論鋼板樁圍堰施工速度快、防水性能好、可重復利用，在深水基礎中被廣泛應用，文章通過對深水基礎鋼板樁圍堰的設計及力學計算驗證，為設計提供了理論基礎，確保圍堰安全, 在施工中深水基礎鋼板樁圍堰方案經(jīng)受住了考驗，并為工程安全提供了保障，說明本方案的理論設計計算是科學的，作為工程應用是可行的，為類似工程提供了經(jīng)驗。參考文獻：1羅萬錄. 深水基礎用鋼板樁圍堰計算分析J.鐵道標準計.2009/4.74-762公路橋涵設計通用規(guī)范JTG D62-2004 S. 北京:人民交通出版社,2004.3公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范JTGD62-2004 S.北京:人民交通出版社,2004.4周水興,何兆益,鄒毅松.路橋施工計算手冊M