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1、钢板桩围堰检算1、构件特性取钢材的弹性模量为11 22.1 10 N/m ,-0.3 , G = E/2（1）1.1拉森W钢板桩截面参数：截面积A = 0.0242m2截面抵抗矩W=2.27 10”m31.2单根I 45a工字钢截面参数：截面积A =10.2 10 "m2截面抵抗矩Wx =1.43 10 "m31.3单根I 56a工字钢截面参数：截面积A =13.5 10m2截面抵抗矩Wx=2.34 10 "m32、工况分析惯性矩I =3.86 10* m4截面回转半径 ix=0.282m惯性矩lx = 3.224 10* m4惯性矩lx=6.56 10*m49.
2、31m计算，围堰第一层工况1:增江十年一遇洪水位9.31m,围堰外最高水位按 支撑、圭寸底混凝土已完成，抽水至+3.07m,第二层支撑还未安装时；工况2:当围堰内支撑实施结束，增江十年一遇洪水位9.31m,围堰外最高水位按9.31m计算，围堰受到静水压力，流水冲击力和砂土的主动土压力共同作用时。3、围堰检算 3.1工况1:3.1.1围堰拉森W型钢板桩最不利工况受力分析，主要荷载有：a、静水压力，随着水深增加从上往下呈线性分布。b、流水冲击力，设流速为2m/s，影响范围为整个水深范围c、下层饱和砂土的主动土压力荷载分析：水深7.31 m流水冲击力合力作用点位于距上端水深1/3高度处,主动土压力为
3、7.31 9.36m处，另加封底混凝土以下 0.5m也即9.36 9.86m2 集中荷载：流水冲击力F二kA?-2gK取1.5，v取2m/s,截面面积取一延米长，则10 汇 22F =1.51.0 7.3121.93KN2。0作用点距顶端7.31/3 = 2.44m处 分布荷载：a. 静水压力p二rh最大线荷载值F =1.0 10 6.24 = 62.4KN从钢板桩顶端下0.19m往下6.43m处呈三角形分布b. 主动土压力取饱和砂土容重sat =18KN/m3，砂土内摩擦角=300则P =( sat 一 w)htan2(450 - ：/2)P= (1810) 2.55 tan 2(45
4、76; - 30° / 2) = 6.8KPa为简化计算过程，具体如下:荷载分布图：弯矩图:1剪力图:Ra-2D9LNHUI413KNm"-'max32.27 10Kl-219. 8KN415KM-rtiRa =209.1KNM max = 413KN .m= 181.9MPa - =210MPa，满足要求190. *I丨I丨I I I I._i_I L i-.I H- *支座反力：Ra=209.1KN3.2工况23.2.1拉森W型钢板桩围堰最不利工况受力分析，主要荷载有：a、静水压力，随着水深增加从上往下呈线性分布。b、流水冲击力，设流速为2m/s，影响范围为整个
5、水深范围c、下层饱和砂土的主动土压力荷载分析：水深7.31 m流水冲击力合力作用点位于距上端水深1/3高度处,主动土压力为7.31 9.36 m处，另加封底混凝土以下 0.5 m也即9.36 9.86m集中荷载：流水冲击力2 rvF =kA -2gK取1.5，v取2m/s,截面面积取一延米长，则F =1.51.0 7.3110 2221.93KN作用点距顶端7.31/3 = 2.44m处2 10分布荷载:a.静水压力p 二 rh最大线荷载值F =1.0 10 7.31 -73.1KN从钢板桩顶端往下7.5m处呈三角形分布b.主动土压力取饱和砂土容重sat -18KN /m3，砂土内摩擦角=30
6、°则p = ( sat - w)htan2(45° - ：/2)P =(1810) 2.55 tan2(45° 30°/2) = 6.8KPaP总=p 八=6.89.86 10 =107.3KPa最大线荷载F =107.3KN/m为简化计算过程，具体如下：荷载分布图：弯矩图:1 :J4葺KN何12KH m.illI卜R.t=l甘j§ 仏Rh-05. 7. Lh 11 |Rl-1 74. 5卜142- 9KNmRa =55.3 KN Rb =305.7 KNM max = 142.9KN .m%x =142.9KN T =63MPa«&
7、#174; =145MPa，满足要求2.27 10剪力图:支座反力：Ra=55.3KN , Rb=305.7KN3.2工况3(承台浇筑完拆除下层墩身范围内支撑，填充2.5米砂并在其上浇筑0.5米砼)3.2.1拉森W型钢板桩围堰最不利工况受力分析，主要荷载有：a、静水压力，随着水深增加从上往下呈线性分布。b、流水冲击力，设流速为2m/s，影响范围为整个水深范围。c、下层饱和砂土的主动土压力荷载分析：水深7.31 m流水冲击力合力作用点位于距上端水深1/3高度处，主动土压力为7.31 9.36m处，另加封底混凝土以下 0.5m也即9.36 9.86m2 集中荷载：流水冲击力F二kA°-2
8、gK取1.5，v取2m/s,截面面积取一延米长，则10 汉22F =1.5 1.0 7.3121.93KN作用点距顶端 7.31/3 = 2.44m处2"0 分布荷载：a. 静水压力p = rh最大线荷载值 F =1.0 10 7.31 =73.1KN从钢板桩顶端往下7.5m处呈三角形分布b. 主动土压力取饱和砂土容重sat =18KN /m3，砂土内摩擦角=30°则P = ( sat - w)htan2(45° -/2)2 0 °P= (1810) 2.55 tan (45 -30 /2) = 6.8KPaP总二 P =6.89.86 10 =107.
9、3KPa最大线荷载 F =107.3KN/mC、回填砂的主动土压力P ;'sath tan2(45° - /2)P =18 2.5 tan2(45° -30°/2) = 25.8KPa为简化计算过程，具体如下:荷载分布图:Ra =103.1KN Rb =302.2KNMmax =113.1KN .mJ max113.1KN .m2.27 10= 49.8MPat：R = 145MPa，满足要求弯矩图:3.4 下层围檩双拼I56a工字钢下层长边围檩主要荷载：外层钢板桩传递的集中荷载与自重。为简化计算，不考虑自重，将集中 荷载转化为等效均布线荷载计算：F =3
10、05.7.1KN/m，围檩简化为六跨连续梁，每跨跨度如下图所示。荷载分布图：3OS. 7KN/m11门丄111打丄111111门11丄111111111门111111 m 3. 4 7I 3. 6I 2. 6 I'3. rJ3.M max =113.3KN.mmax=113.3KN.m84.2MPa <=145MPa，满足要求2 2.34 10剪力图:657.051(3.9536.245c).2J?2'7?13479.7_443'6-549.S-564.3'43014-571ip-'8.7-5S0.1-7217支座反力：尺=443.6KN R2 =
11、1203.8KN1075.2KN R4 = 966.6KNR5 =1037.9KNR6 =1202.7KNR7 =1343.0KN R8 = 479.7KN下层短边围檩：主要荷载：外层钢管桩传递的集中荷载与自重。为简化计算，不考虑自重，将集中荷载转化为等效均布线荷载计算：F =305.7KN/m，围檩简化为三跨连续梁，每 跨跨度如下图所示。荷载分布图：弯矩图:M max - 361.6kN.mmax339.7KN .m3 =77.1MPa 二=145MPa ,满足要求2 2.34 10剪力图:65CJ5044449.0-nTl-449.S-5014-+，4-65C1.7支座反力：& =
12、R4 =449.8KN，R2 =R3 =1155.1KN3.5上层围檩双拼I45a工字钢上层长边围檩主要荷载：外层钢管桩传递的集中荷载与自重。 为简化计算，不考虑自重，将集中荷载转化为等效均布线荷载计算：F =2091KN/m,围檩简化为六跨连续梁，每跨跨度如下图所示。荷载分布图：209. 1 KN/mI 门 I I I I IIII I I I I I I I I I I I I I II 门 I IIII ,I I 门II II I M I M I I石 3, 4 7 工 3?6丄2.1-二 一3斗活 一；勺：；*!234&7弯矩图:Mmax =325.1KN.mf二眾譽円45满足
13、要求剪力图:rT?.5366.033/L1賢I?5-0333.1川异片LJ>-羽2用75.1-30i严6.0卫佔-3?阴396.8-4957支座反力：& =303.4KNR2 = 825.5KN R3 = 735.5KN R4 = 661.2KNR5 =709.9KN R6 = 822.7KN R7=918.6KN R8 = 328.1KN上层短边围檩主要荷载：外层钢管桩传递的集中荷载与自重。 为简化计算，不考虑自重，将集 中荷载转化为等效均布线荷载计算：F =209.1KN/m，围檩简化为七跨连续梁，每 跨跨度如下图所示。荷载分布图：M max 二 247.3KN .m满足要求
14、max247.3KN .m2 1.43 10"= 86.5MPa 二=145MPa支座反力：RR317.3KN , RR790.1KN3.6内支撑下层支撑：选用2工56a,由结构的对称性，只需检算下层斜支撑 C2-1,以及直撑C2-2;其中斜撑受力可通过力的分解得出，分别检算如下a）斜撑C2-1,长度为4.193m,所受荷载F = 1203迢=1702.4KN si n450.089m长细比：二 4.193m =47.1查路桥施工计算手册得稳定系数0.849斜撑C2-1轴向容许承载力:N/1.4 =0.0135* 2 140 106 N /m2 0.849/1.4 -2292KN &
15、gt; 1702.4KN 满足要求b）直撑C2-2，长度9.38m,所受荷载F =1343.0KN长细比：4.69m =52.70.089m查路桥施工计算手册得稳定系数1 =0.813直撑C2-2轴向容许承载力：N/1.4 =0.0135* 2 140 106 N /m20.813/1.4 = 2195KN >1343.0KN 满足要求上层支撑：选用2145a钢管，由结构的对称性，只需检算下层斜支撑C1-1,以及直撑C1-2;其 中斜撑受力可通过力的分解得出，分别检算如下c）斜撑 C1-1,长度为 4.505m,所受荷载 F 二 825 "167.4KN sin 45*长细比：
16、，二 4.505m =56.30.080查路桥施工计算手册得稳定系数=0.793斜撑C2-1轴向容许承载力:满足要N/1.4 =0.01024* 2 140 106 N /m2 0.793/1.4 =1624KN >1167.2KN求d）直撑C1-2，长度9.6m，所受荷载F =918.6KN长细比：一 48m .600.080m查路桥施工计算手册得稳定系数1 =0.772直撑C1-2轴向容许承载力：N/1.4 =0.01024* 2 140 106 N/m20.772/1.4 = 1581.3KN > 918.6KN 满足要求4. 封底混凝土厚度验算4.1抗浮稳定性验算封底混凝土
17、采用1.5m厚的C25砼，其受到水头压力差的作用，最不利水位标 高+9.31m,开挖基坑底标高-1.55m，则水头差h=11.05mo主墩承台下共有12根直 径2m桩基（2.3米的护筒），旧桥4根直径1.8米混凝土桩。取护筒和桩基混凝土 与封底混凝土简的摩阻力t =150kPa,围堰内部尺寸10.5*46.8m，12个钢护筒直径 2.3m，则基底净面积是431.3m2。水浮力：P=y hA=10X 11.05 X 431.3=47658.65kN ;封底砼自重：G=23X 1.5 X431.3=14879.8kN ;桩基与封底砼的摩阻力：F=t S=150X 1.5 X 3.14 X（ 12X
18、 2.3+4 X 1.8 ） =24586KN钢板桩对水浮力稳定作用取下式计算的较小值：钢板桩与封底砼的摩阻力：F=t S=150X 0.656 X 287X 1.5=42361kN;钢板桩抗拔力：F=287*75*15/100+287*3.95*0.656*2*40=61630kN （钢板桩长度15m，钢板桩数量287根，钢板桩与河床砂土摩阻力取 40kPa,拉森W钢板桩单重76.1kg/m,钢板桩封底混凝土下入土深度3.95m。）则:14879.8 24586 4236147658.65= 1.72 1.05，满足要求4.2封底砼强度验算主墩承台钢板桩围堰基坑底的封底砼厚度不仅需要满足围堰
19、抗浮稳定要求，还 需满足素砼的强度要求，水下封底砼采用 C25砼，fct = 1.9MP&封底砼厚度考虑为1.5m,夹泥厚度考虑为30cm现根据封底砼强度验算封底砼的入土深度亠 3.5KMH= bfct+D其中 M=qpL；，K=2.65，b=1m f ct = 1.9MPa, D= 30cm, a1 = 0.0791L1=5.9m,根据矩形围堰按周边简支支承的双向板，承受局部荷载p= 93.6-1.5 X 24=57.6KN/m。H=1.18m故1.18m封底砼厚度能满足砼强度要求。综合考虑抗浮稳定性和砼强度要求，取1.5m的承台封底砼厚度能满足钢板桩围 堰抽水完成后的抗浮和砼强度要
20、求，满足承台施工需要。5、钢板桩入土深度计算围堰钢板桩承受封底砼向上的摩擦力，故围堰钢板桩的深度应能满足封底砼摩 擦力的要求。由上计算可知F钢板桩=48785.6kN,考虑钢板桩入土后单面有效承受土 体摩擦力，则单根钢板桩承受荷载f = 42361/287=147.6KN,粗砂层极限摩阻力极限 值平均为 40.0KPa，砂土的内摩擦角 ©取 30°， 丫 =18.0KN/m3，丫 = 8.0 KN/m 3。 钢板桩入土深度H为：H=147.6X 103/(0.656 X2X40X 10)=2.81m采用15米长的钢板桩，顶面标高为+9.5m,实际入土深度为：15-9.5-1.55= 3.95m> 2.81m (仅考虑圭寸底砼以下的钢板桩参与双面受力)。故1.5m的承台圭寸底砼厚度能 满足钢板桩围堰抽水完成后的抗浮稳定性，满足承台施工需要。&结论通过对钢板桩围堰各部件主要力学指标的分析计算可知，各项指标均能满足施工规范要求。计算:复核: