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1、贛榆青口特大橋主墩承臺圍堰施工方案一、工程概況本工程主墩圍堰位于贛榆青口河上，青口特大橋主橋為懸澆預應力混凝土連續箱梁。主墩18號、19號墩為水中墩，采用單層鋼板樁深水圍堰方法施工。本文以18號墩圍堰施工為例對單層鋼板樁深水圍堰作具體分析。主墩為埋置式承臺，埋入河床泥面以下2.9m左右。由于青口河在入海口，受潮汐水位影響比較大，施工期間水位為+1.5m+2.1m。鋼板樁頂標高控制為+2.8m。基坑底至施工水位平均為9m。本橋承臺尺寸為6.8m11m，采用8.8m13.2m的鋼板樁圍堰進行施工，鋼板樁長為16 m。其尺寸見示意圖。二、工程地質情況本基坑鋼板樁埋深范圍內地質情況為：層 第一層 填筑2、土， 高程為 -0.9m -8.34m。層 第二層 粉砂，高程為 -8.34m -9.49m。層 第三層 中砂，高程為 -9.49m-17.59 m。層 第四層 粘土，高程為 -17.59m-23.29 m。層號名稱重度r(KN/m3)粘聚力c(KPa)內摩擦角()(1)填筑土18.8515(2)粉砂19222(3)中砂19.4325平均19.1320三、已知條件：施工水位：+2.1m；鋼圍堰頂標高：+3.0m；河床標高：-0.9；承臺底面標高：-6.66m；承臺厚2.8 m；圍堰內50cm厚C20封底砼；拉森型鋼板樁：W=2037cm3，f=170MPa4、鋼板圍堰計算鋼板樁圍堰是由封底砼、3、內支撐、圍囹堰體、導向結構組成。根據圖紙提供的資料，承臺底標高在土層下5.76m，其河床上為填筑土層深為7.4m，水深3.0m。因此設鋼板樁穿過填筑土、粉砂，進入中砂土，鋼板樁從基坑底入土深度根據計算確定，內支撐按堰體等彎矩并結合承臺施工的實際情況分布。水流按動水壓力考慮。封底砼用0.5m厚C20。4.1、動水壓力計算：根據水流速度V=0.8m/s驗算每米鋼板樁承受的力：P=KHV2/2gBrK為安全系數取18H為水深(m)V=0.8m/sg為重力加速度9.8m/s2B樁板寬1.0mr水的密度(10 KN/m3)P=1830.82/(9.82) 110=17.6KN確定動水作用集中點為水面下水4、深1/3計算。Hc=1/33.0=1.0 m，即：P作用于堰體標高為+0.1m位置處,根據結構在P作用下，圍堰平衡只能由打入樁一定深度的被動土壓力完成。4.2、繪制土壓力分布圖施工過程分三種工況：工況（一）：第一道支撐設置完畢，抽水并開挖到第二道支撐下50cm處，準備架設第二道支撐，此時可假定鋼板樁下端支撐于鋼板樁土壓力強度等于零的點，上端支撐與第一道支撐，鋼板樁按簡支梁計算。工況（二）：即第二道支撐設置完畢，圍堰內泥面標高開挖到第二道支撐下50cm處，此時可假定鋼板樁下端支撐與鋼板樁土壓力強度等于零的點，鋼板樁按二跨連續梁進行計算。工況（三）：即第三道支撐設置完畢，圍堰內泥面標高開挖承臺底標5、高下50cm（50cm基坑底封底混凝土），此時可假定鋼板樁下端支撐與鋼板樁土壓力強度等于零的點，鋼板樁按三跨連續梁進行計算。4.3、工況（三）進行計算鋼板樁圍堰計算入土深度時，取最不利狀況，即按照工況（三）進行計算如下：鋼板樁的控制標高見下圖：鋼板樁土壓力及水壓力分布圖如下計算鋼板樁上土壓力強度等于零點離挖土面距離y按朗金土壓力理論，河床底土壓力與水壓力分開，河床底水平且有均布水荷載模式下進行計算。主動土壓力的土取自然狀態下的平均容重=19.1KN/m3，內摩擦角取20（參照工程地質縱斷面圖中的CZK12孔）。因土處于飽和水狀態，為簡化計算，不考慮土的粘聚力及土對鋼板樁的豎向摩擦力。B點處水壓6、力強度eBw=wH=103=30 KN/m2主動土壓力系數ka=tg2（45-/2）= tg2（45-20/2）=0.49被動土壓力系數kp=tg2（45+/2）= tg2（45+20/2）=2.04水的當量土高度h=eBw/（*ka）= 30/（19.10.49）3.21m基坑底處土壓力強度eDs=*H*ka=19.1（3.21+6.26）0.49=88.63 KN/m2鋼板樁上土壓力強度等于零點離挖土面距離y=eDs/*（Kkp-ka）=1.67m將AE段梁當作鋼板樁的等值梁，按三跨連續梁計算其支點反力和最大彎距受力模型圖（按圍堰1 m寬計算單位：集中力KN、均布力KN/m、長度m）：剪力7、圖（單位：KN）：彎距圖（單位：KN. m）：計算結果如下：RA=26.18KNRB=-44.75+36.42=-8.33KNRC=220.18+143.75=363.93KNRE=126.21KNMmax=-199.47KN.M根據RE和墻前被動土壓力相等的原理，求x值，確定鋼板樁的長度。RE= ps*（Kkp-ka）*x2/6126.21=19.1*（1.6*2.04-0.49）* x2/6 x=3.78m入土深度t=(x+y)*1.1=(1.67+3.78)*1.1=6.0m樁長L=7.16+2.6+6=15.76m，擬選用樁長16m的鋼板樁。驗算鋼板樁的強度鋼板樁擬選用德國拉森型鋼板樁8、：每1m寬對b邊（長邊）截面模量W=2037cm3；鋼板樁允許抗彎應力取容=170MPa；鋼板樁允許抗剪應力取容=95Mpa。拉應力=Mmax/W =（199.47*103）/(2037*10-6)=97.9Mpa容=170Mpa剪應力=1.5Qmax/A=1.5*220.18*103/0.01=33.02Mpa 容=95Mpa所以，采用德國拉森型鋼板樁強度滿足要求。4.3.5、工況(三)計算圍囹、水平支撐4.3.5.1、第一道圍囹、水平支撐強度及剛度驗算根據第一道邊框圍囹處的支點反力，初步確定第一道支撐的布置形式為：邊框圍囹支撐采用雙拼225a型槽鋼，內部水平支撐采用雙拼225a槽鋼，形成口9、對口組合斷面 形式，并用鋼板焊接連接。邊框圍囹按多跨連續梁進行計算，跨徑按2.2m、3m、2.8m、3m、2.2計。1、第一道圍囹強度及剛度驗算作用在第一道邊框圍囹的邊:26.18KN/m雙拼225a型槽鋼:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）邊框圍囹強度驗算雙拼225a槽鋼，W=270cm3，I=3370cm4Mmax =18.42KN.Mmax=Mmax/W=（18.42103）/（270210-6）=34.1MPa145 MPa，強度滿足要求。2）邊框圍囹剛度驗算=0.677=(0.10、677*26.18*103*34)/(100*2.1*105*106*3370210-8)=110-3m=1L/400=3000/400=7，剛度滿足要求。2、第一道內部水平支撐軸心抗壓穩定性驗算采用雙拼225a槽鋼，形成 斷面形式，軸心力N=76.412=152.82KNi=0.44b=0.4415.6=6.864cml=8.8-0.252=8.3m=l/i=8.3/0.06864=121查表得，軸心受壓構件的穩定系數=0.432=N/A=152.82103/（0.43234.910-42）=50.7MPa145 MPa，滿足要求。4.3.5.2、第二道圍囹、水平支撐強度及剛度驗算在工況(三11、)下,第二道邊框支撐處的支點反力較小（8.33KN/m），對其暫時不予驗算。 4.3.5.3、第三道圍囹、水平支撐強度及剛度驗算在工況(三)下,第三道邊框支撐處的支點反力363.93KN/m，初步確定第三道支撐的布置形式為：邊框圍囹支撐采用雙拼240a型槽鋼、形成組合斷面形式，內部水平支撐采用6008mm鋼管，邊框圍囹按多跨連續梁進行計算，見下圖。 1）邊框圍囹強度驗算雙拼2I40a槽鋼，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =256.06KN.Mmax=Mmax/W=（256.06103）/（1090210-6）=117.5MPa175 MPa 強度滿足要求。2）邊框支撐剛度驗算12、=0.677=(0.677*363.93*103*34)/(100*2.1*105*106*21720210-8)=2.210-3m=2.2L/400=3000/400=7.5，剛度滿足要求。3）內部水平支撐軸心抗壓穩定性驗算內部水平支撐采用6008mm鋼管，軸心力N=1062.172=2124.34KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.42=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，軸心受壓構件的穩定系數=0.946=N/A=2124.34103/（0.946148.810-4）=150.9MPa170MPa，滿足要求。4.4、工況（一）條件下，即架設第二道支撐前，13、第一道支撐支點反力計算：工況（一）：第一道支撐設置完畢，抽水并開挖到第二道支撐下50cm處，準備架設第二道支撐，此時可假定鋼板樁下端支撐于鋼板樁土壓力強度等于零的點，上端支撐與第一道支撐，鋼板樁按簡支梁計算。基坑底處土壓力強度e=*H*ka=19.1（3.21+0.5）0.49=34.7 KN/m2鋼板樁上土壓力強度等于零點離挖土面距離y=e/*（Kkp-ka）=0.65m工況(一)下計算結果：第一道邊框支撐支點反力RA=36.88KN/m鋼板樁上彎矩Mmax =60.54KN.M185.10 KN.M（鋼板樁滿足要求）1、第一道圍囹強度及剛度驗算作用在第一道邊框圍囹的邊:36.88KN/m雙14、拼225a型槽鋼:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）邊框圍囹強度驗算雙拼225a槽鋼，W=270cm3，I=3370 cm4Mmax =25.95KN.Mmax=Mmax/W=（25.95103）/（270210-6）=48.0MPa145 MPa，強度滿足要求。2）邊框圍囹剛度驗算=0.677=(0.677*36.88*103*34)/(100*2.1*105*106*3370210-8)=1.410-3m=1.4L/400=3000/400=7，剛度滿足要求。2、第一道內部水平支撐軸15、心抗壓穩定性驗算采用雙拼225a槽鋼，形成 斷面形式，軸心力N=107.642=215.28KNi=0.44b=0.4415.6=6.864cml=8.8-0.252=8.3m=l/i=8.3/0.06864=121查表得，軸心受壓構件的穩定系數=0.432=N/A=215.64103/（0.43234.9110-42）=71.5MPa145 MPa，滿足要求。4.5、工況（二）條件下，即架設第三道支撐前，第一、二道支撐支點反力計算：工況（二）：第二道支撐設置完畢，抽水并開挖到第三道支撐下50cm處，準備架設第三道支撐，此時可假定鋼板樁下端支撐于鋼板樁土壓力強度等于零的點，上端支撐與第一道支撐16、，鋼板樁按二跨連續梁進行計算。基坑底處土壓力強度e=*H*ka=19.1（3.21+2.9）0.49=57.2KN/m2鋼板樁上土壓力強度等于零點離挖土面距離y=e/*（Kkp-ka）=1.08m工況(二)下計算結果：第一道邊框支撐支點反力RA=0.26KN/m（不必再驗算）第二道邊框支撐支點反力RB=159.05KN/m鋼板樁上彎矩Mmax =62.28KN.M167.12 KN.M（鋼板樁滿足要求）1、第二道圍囹強度及剛度驗算作用在第二道邊框圍囹的邊:159.05KN/m1）邊框圍囹強度驗算雙拼2I40a槽鋼，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =111.91KN.Mmax=17、Mmax/W=（111.91103）/（1090210-6）=51.3MPa145 MPa 強度滿足要求。2）邊框圍囹剛度驗算=0.677=(0.677*159.05.12*103*34)/(100*2.1*105*106*21720210-8)=1.010-3m=1.0L/400=3000/400=7.5，剛度滿足要求。3）內部水平支撐軸心抗壓穩定性驗算內部水平支撐采用6008mm鋼管，軸心力N=464.22=928.4KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.42=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，軸心受壓構件的穩定系數=0.946=N/A=928.4103/18、（0.946148.810-4）=66.0MPa145 MPa，滿足要求。4.6、鋼板樁圍堰穩定性分析與驗算基坑隆起計算對于鋼板樁入土深度較深，且本身鋼度較大，按下面公式驗算：K= 2HKatg+2C +2H2Katg+4HC q+H （q+H）h 1.0式中：H鋼板樁的深度（扣除水底部分），H=12.26mh基坑開挖深度，h=6.26mq水底壓強，q=30KpaKa主動土壓力系數，Ka=0.49C土的粘聚力1.5Kpa土的內摩擦角，=200算得K=1.041.0,故不會發生基坑隆起。52基坑底管涌驗算不產生管涌的安全條件為:K=/j1.5 j= i i= h/( h+2t)式中 ：K抗基坑底19、管涌安全系數；水容重，=10 KN/m3；土的浮容重，=19.1-10=9.1KN/m3；i水力梯度，i= h/( h+2t)；j最大滲流力（動水壓力）；h水位至坑底的距離，h=9.26m；t鋼板樁的入土深度，t=6m；算得K=2.3, 故不會發生基坑底管涌。53封底砼厚度計算封底砼取x米厚，基坑內抽水后水頭差為h，由此引起水的滲流，其最短流程為緊靠板樁的h2t，故在此流程中，水對土粒滲透的力，其方向應是垂直向上。現近似地以此流程的滲流來檢算基坑底的涌砂問題，要求垂直向上的滲透力不超過封底砼的自重，故安全條件如下式：Ksiw gcgh式中：Ks安全系數，取1.05；i水力梯, i= h/( h+2t)；w、c分別為水與砼密度h水位至坑底的距離，h=9.26m；t鋼板樁的入土深度，t=6m；則：1.059.26/（9.26+62）1.02.3x得： x=0.20m，取封底砼厚度 50cm。