湖北铁路特大桥水中钢板桩围堰设计计算书

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xxx特大桥99#墩钢板桩围堰设计计算书中国xxx集团股份有限公司xx铁路项目经理部二OO九年一月15 编制：校核：审核：15 目录一、工程概述5二、设计依据51、设计规范52、地质条件53、水文54、地面标高6三、结构布置及材料特性61、结构布置图62、材料特性63、嵌固点计算6四、荷载分析71、主动土压力及静水压力计算72、被动土压力计算7五、工况分析8六、钢板桩结构验算81、容许应力82、边界条件83、计算结果8七、围囹结构验算81、第六层围囹92、第四、五层围囹93、第三层围囹104、第一、二层围囹11八、各构件强度及稳定性验算1115 1、第六层围囹φ800x10支撑稳定性验算112、第五层围囹φ630x8支撑稳定性验算123、第三层围囹φ630x8支撑稳定性验算134、第二层围囹φ426x8支撑稳定性验算1315 一、工程概述xxx特大桥是xx高速铁路线上的桥梁，位于xxx省xxx市与宜昌市交界的万城灌溉区，地势平坦、开阔。该处河段为通航河段，桥轴线与河流交角为65°。xxx是位于长江左岸的一级支流，桥位河段属平原性河流。其水位受上游支流（东支漳河、西支沮河）山区性河流影响，同时也受长江水位顶托的影响。xxx洪水由暴雨形成，多发生在7～9月。洪峰历时48～60h。受长江水位顶托的影响，水位也可能较长时期处于高位。99#、100#墩是xxx特大桥连续梁桥（48m+80m+48m）中跨主墩。由于工期及基础施工进度的原因，这两个墩的基础将于高水位的情况下进行施工。由于缺乏流速、水位等资料，计算时考虑了1m的冲涮，围堰抽水的最高水位为+38.80m。二、设计依据1、设计规范1、《港口工程荷载规范》（JTJ215－98）2、《港口工程桩基规范》（JTJ254－98）3、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）4、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）5、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）2、地质条件泥面标高+34.50m：地层代号岩土名称层厚(m)层底标高(m)内摩擦角密度(g/cm3)粘聚力(kPa)备注②1-2淤泥质粉质粘土4.5+30.006.72.725②2-1粘土4.8+25.209.982.7520.33②2-2粉质粘土7.5+17.7011.92.7317.23、水文施工水位：+38.80m15 4、地面标高地面标高：+34.50m三、结构布置及材料特性1、结构布置图2、材料特性名称A(cm2)W(cm3)I(cm4)备注SKSP-IV242.5227038600每米值HN588192.54020HN700235.557603、嵌固点计算采用SKSP-IV型钢板桩桩的嵌固点计算公式：（见桩基规范附录C）土层为淤泥质粉质粘土，式中m取3000kN/m4b0=1mI=38600cm415 E=2.06×108kN/m2嵌固点深度：（）取=4.5m四、荷载分析1、主动土压力及静水压力计算水位以下：考虑水位为+38.80m，土层顶标高+34.50m，土层参数取加权平均内摩擦角密度(g/cm3)粘聚力(kPa)备注9.852.7314.7Piu为该标高处上层土底部土压力与静水压力之和，Pid为该标高出下层土顶部土压力与静水压力之和地层代号岩土名称底标高(m)内摩擦角重度(kN/m3)粘聚力(kPa)Piu(kPa)Pid(kPa)备注+38.800+34.50436土层+18.609.8527.314.73602、被动土压力计算水位以下：考虑围堰内水位为+25.10m，土层顶标高+25.10m，土层参数取加权平均内摩擦角密度(g/cm3)粘聚力(kPa)备注9.852.7314.7Piu为该标高处上层土底部土压力与静水压力之和，Pid为该标高出下层土顶部土压力与静水压力之和地层代号岩土名称底标高(m)内摩擦角重度(kN/m3)粘聚力(kPa)Piu(kPa)Pid(kPa)备注+25.103515 土层+18.609.8527.314.7259五、工况分析工况一：抽水至+37.00m标高位置，第二层围囹未安装；工况二：抽水至+34.00m标高位置，第三层围囹未安装；工况三：吸泥至+31.50m标高位置，第四层围囹未安装；工况四：吸泥至+29.00m标高位置，第五层围囹未安装；工况五：吸泥至+27.00m标高位置，第六层围囹未安装；工况六：吸泥至+25.10m标高位置，所有围囹安装完成；六、钢板桩结构验算1、容许应力依照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，临时工程Q235-B钢材的容许应力：弯应力、综合应力剪应力2、边界条件钢板桩在嵌固点固接，围囹支撑处铰接。计算考虑1m长度的钢板桩。3、计算结果工况支座反力(kN)最大位移(mm)钢板桩应力(MPa)136kN1152298kN4363184kN4484360kN91005563kN81186761kN9152七、围囹结构验算围囹编号从上至分别为1~6，共六层。1、第六层围囹由上节计算得，围囹的最大荷载为761kN/m。计算模型如下：15 计算结果：构件类型工况六备注围囹2HN700综合应力(MPa)167剪应力(MPa)104支撑φ800x10轴应力(MPa)127弯应力(MPa)6轴力(kN)31592、第四、五层围囹由上节计算得，围囹的最大荷载为563kN/m。计算模型如下：计算结果：构件类型工况五备注15 围囹2HM588综合应力(MPa)176剪应力(MPa)100支撑φ630x8轴应力(MPa)150弯应力(MPa)3轴力(kN)23493、第三层围囹由上节计算得，围囹的最大荷载为184kN/m。计算模型如下：计算结果：构件类型工况三备注围囹2HN700综合应力(MPa)171剪应力(MPa)38支撑φ630x8轴应力(MPa)64弯应力(MPa)——轴力(kN)10054、第一、二层围囹由上节计算得，围囹的最大荷载为98kN/m。计算模型如下：15 计算结果：构件类型工况三备注围囹2HM588综合应力(MPa)129剪应力(MPa)26支撑φ426x8轴应力(MPa)52弯应力(MPa)——轴力(kN)542八、各构件强度及稳定性验算1、第六层围囹φ800x10支撑稳定性验算最大轴应力127MPa，最大弯应力6MPa。最大轴力N=3159kN计算长度lo=μl=4m属于b类截面查表得:φ=0.98315 γx——截面塑性发展系数，取1.0N’EX——欧拉临界力βmx——等效弯矩系数，取1.0稳定性满足设计要求。2、第五层围囹φ630x8支撑稳定性验算最大轴应力150MPa，最大弯应力3MPa。最大轴力N=2349kN计算长度lo=μl=4m属于b类截面查表得:φ=0.973γx——截面塑性发展系数，取1.0N’EX——欧拉临界力βmx——等效弯矩系数，取1.0稳定性满足设计要求。3、第三层围囹φ630x8支撑稳定性验算最大轴应力64MPa，最大轴力N=1005kN15 计算长度lo=μl=4m属于b类截面查表得:φ=0.914γx——截面塑性发展系数，取1.0N’EX——欧拉临界力βmx——等效弯矩系数，取1.0稳定性满足设计要求。4、第二层围囹φ426x8支撑稳定性验算最大轴应力52MPa，最大轴力N=542kN计算长度lo=μl=7.78m属于b类截面查表得:φ=0.842γx——截面塑性发展系数，取1.0N’EX——欧拉临界力βmx——等效弯矩系数，取1.015 稳定性满足设计要求。补充说明：1、由于围堰水头较高，采用水下开挖、水下浇筑封底混凝土工艺，封底顶、底平整度较难控制，封底混凝土厚度由0.8m加厚至1.2m。2、围堰底部相应加深1m，至17.6m高程。入土深度由7.5m变为8.5m。抗浮及流砂安全度更大。3、施工时钢板桩总长拟选定为22m，入土深度增加，与上述《计算书》相比，结构总体安全性加大，不再对内力重新验算。15 1.2钢板桩理论用量计算：钢板桩围堰周长计算：16.8×2＋12.4×2=58.4m钢板桩根数计算：角桩采用0.2m×0.2m，共4片，（58.4-0.4×4m）/0.4m=142片，142＋4＝146片钢板桩重量计算：146×23×74＝248.492t钢板桩围堰周长计算：16.8×2＋13.6×2=60.8m钢板桩根数计算：角桩采用0.2m×0.2m，共4片，（60.8-0.4×4m）/0.4m=148片，148＋4＝152片钢板桩重量计算：152×21×76.1＝242.911t15