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1、xxx 大桥主墩承台锁口钢管桩围堰设计计算书算核计复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 600×10 的钢管检算） 10十、抗浮稳定验算 . 11十一、 嵌岩深度计算 11xxx 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+4斜5m拉桥，单幅桥面宽
2、 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 2m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 GB 50017-2003（3）公路桥涵地基
3、基础设计规范（ 4）铁路桥涵地基和基础设计规范 （GB 10002.5-2005）（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 （GB 50009-2001）（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：
4、=27KN/ m3，内摩擦角 =20°，水容重为 w=10 kN/m3；4、桩身外地面均布荷载按 0 kN/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。(KK p Ka) 式中， 为土容重；K为被动土压力修改系数，取 1.7 ；K a 为主动土压力系数；K p 被动土压力系数；p1 为总的主动压力 (土体及水压力 ), p1
5、wh1 h2Kah1 =5.8m土质的内摩擦角 取 20°, 土的容重 为 27kN/m3，水的容重为 w=10 kN/m3。2o主动土压力系数 Ka =tan (45 /2) =0.49;被动土压力系数 Kp=tan (45/ 2) =2.0;p1wh1h2 K a =10*5.8+27*2*0.49=84.46 kN/mp1(KK p Ka )=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。RcR2 R1图 3.2 钢管桩受力分
6、析wh1h2Ka =84.46 kN/m 2； Rc=229 kN6Rc(KK p Ka)=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°-/2)= tg 2(45°-20°/2)=0.49Kp= tg 2(45°+/2)= tg 2(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 (
7、围堰抽水后 )Pa3：Pa3=rw*(64-53.428)=10*10.5722 =105.72 KN/m2则总的主动压力 ( 土体及水压力 )Ea：Ea=124.426 KN/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：=Mmax116kah简明施工计算手册)ww - 钢板桩允许弯曲应力，取为 190MPa土的重度ka 主动土压力系数w 钢管桩的截面抗弯模量 2791cm3则：h=3 6fw rka=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
8、，明施工计算手册图 3-1 )解之得：h1=1.11h=1.11*3.3=3.66mh2=0.88H=0.88*3.3=2.904mh3=0.77H=0.77*3.3=2.541mh4=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
9、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×× Ka×D× （hn+hn+1） Pn- 所求横梁支点承受的土压力 - 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.
10、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。 630*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=63.5Kpaq=10* （64-53.428 ）=10.572KN
11、/m2由抗隆起安全系数 K=2C/（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3r =rs-rw=27-10.0=17 KN/m 3,3t=5.3m ；h=10.572m ； rw=10.0 KN/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
12、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*' *h+c*u*h >A*w*hw(简明施工计算手册 )A- 围堰底部面积 m2，为 37.46*27.92=934.2 ；'- 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 ； w 水容重 KN/m3，取为 10；hw 透水层的水头高
13、度 m，取为 5.8则：934.2*27*20+63.5*122.76*20=660373.2934.2*10*5.8=54183.6660373.2 >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。M1、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M2可按下式计算（简明施工计算手册 ）：M1=a1 p l 1M2=a2 p l 12a1、 a2- 弯矩系数，L1/L2=0.82 ，a1=0.062;a 2=0.042p- 静水压力形成的荷载( kN/m2)；假定封底混凝土取
14、2.0m,p=(64-53.428) ×10-2*24=57.72 kN/m 2l 1- 矩形板的计算跨度，取小跨，为 27.92m。2Mmax=0.062 ×57.72 × 27.92 2=2789.6 kN m封底砼厚度计算 h：3.5kM max bfctmax +huh其中： k为安全系数，取 2.65 b 计算宽度，取 b 1 000mmfct 砼抗拉强度（ C30） fct =1.4MPahu 附加厚度 , hu 0.3 0.5m，取 0.3，故： h9.3 M max+hu = 4.3+0.3=4.6 m b fct u该计算中没有考虑桩基础与封底砼
15、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 600×10 的钢管检算）1、钢管截面积A=1/4(D2-d 2) = /4*(60 2-58 2)=185.26cm22、钢管的回转半径=0.354*(D+d)/2=0.354*(60+58)/2=20.88cm3、钢管的长细比=l/ =650*1/20.88=30.95查表 =0.9574、钢管的稳定性=e/ A=124575/0.957*185.2622 =
16、702.647kg/cm2<2150 kg/cm 2通过检算 600×10mm钢管稳定性满足要求，现场可采用 630× 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 630× 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
17、58.2m，则水头差 h=10.572m。主墩承台下共有 16根 2m桩 基，查路桥计算施工手册，取桩基与封底混凝土的摩阻力=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 973.55m2。水浮力： P hA =10×10.572 × 973.55 =102923.7kN ； 封底混凝土自重： G V =24×2.0 ×973.55=46730.4kN； 桩基与封底混凝土的摩阻力： F S=120×16×3.14 ×2.4 ×2.0=28938.2kN ；
18、 钢管桩对水浮力稳定作用取下两式计算的较小值： (1)钢管桩与封底混凝土的摩阻力F S=120×(3.14 × 0.63/2+0.16) × 158×2.0=43573.8kN( 2)钢管桩抗拔力(钢管桩与泥岩层摩阻力 +钢管桩自重) 钢管桩与泥岩层摩阻力F=158 ×1.5 ×( 3.14 ×0.63+0.16 ×2)× 40+158×( 58.2-53.428 )× (3.14 ×0.63/2+0.16 )×40=56442.7kN钢管桩自重F=158×
19、;13 ×(155.3+33.4+12.56)+28.9+78.9 ×10/1000 =4304.2kN抗拔力 F=56442.7+4304.2=60746.9kN锁口钢管桩数量 158根，钢管桩与强风化泥岩层面摩阻力按 1/3 极限摩阻力计算取 40kPa，封底混凝土底面下钢管入土深度 1.5m，单个锁口钢管桩中钢管桩 630mm×10mm， 单重155.3kg/m ； 4个不等边角钢 L100mm×80mm×6mm单重8.35 ×4=33.4kg/m ；焊接钢板 160mm×10mm单重12.56kg/m ；三角加劲钢板
20、 80mm× 60mm×10mm，单块0.19kg ；位于钢管 桩底部0.5m长补强圈，单重 157.8 kg/m 。则抗浮系数：G F 46730.4 28938.2 43573.8k 1.16 >1.0P 102923.7满足要求。嵌岩深度计算如果在施工中，遇到钢管桩插打在泥岩内，难以打入，则可按照嵌岩桩考虑。根据铁路桥涵地基和基础设计规范 (GB 10002.5-2005) ，嵌岩深度计算公式如下：R 为桩尖岩石的承载力，取 8000kPa。M=Mmax=329 kN mK=0.5d=0.63h1=1.4m当钢管桩的入土深度不能满足 5.25m时，则可按照嵌岩桩考虑，桩嵌入新鲜岩面的深度不小于 1.4m。并且保证钢管桩围堰到承台开挖面的距离不小于 4m。