摘 要: 结合大南沙特大桥主桥基础钢板桩围堰设计实例,对钢板桩围堰结构桩长、堰体宽度、结构内力以及整体稳定等进行了计算复合, 指出围堰设计方法对同类工程围堰结构的设计、计算具有参考价值。
1.工程概况
1.1 钢板桩围堰尺寸
大南沙特大桥主桥20#主墩承台尺寸为24.8m(横桥向)×9.2m(纵桥向)×5m(高度)(未含50cm塔座高度),综合考虑承台模板.围囹及施工空间需要,施工时拟定钢板桩内侧缘宽出承台各边1.5m,即钢板桩围堰内尺寸为27.8m(横桥向)×12.2m(纵桥向)。20#墩位于小榄水道河滩,根据现场实测情况,墩位处河床标高为+0.0m。20#墩承台顶面设计标高为-2.0m(未含50cm高塔座),底标高-7.0m,考虑水下封底,封底厚度为100cm,下面抛片石50cm,则20#墩基坑底标高为-8.5m。
2.工程地质条件
根据本工程地质勘察报告,20#主墩承台范围河床以下30m均为④-1层,土质为淤泥质粉质粘土,力学性能参数为=15.9KN/m3, =12.8o, C=2.0kpa。
根据设计资料提供的最高设计水位.水文站勘测资料等数据,以及施工现场的观测,综合比较分析,施工时计算水位取+2.5m,围堰钢板桩顶标高取+3.5m。
按满足施工操作空间的需要以及现有平台钢管桩的位置,单墩钢板桩围堰平面内壁尺寸采用27.8m(横桥向)×12.2m(纵桥向),根据实际施工情况需要,钢板桩围堰顶面高程采用+3.5m。围堰材料采用国产新IV型钢板桩。
3.计算参数确定
本计算书中是采用的单边容许应力法,按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》取值。即:
Q235:[σ拉.压]=140Mpa
[σ弯]=145Mpa
[τ]=85Mpa
Q345(16Mn):[σ拉.压]=200Mpa
[σ弯]=210Mpa
[τ]=120Mpa
根据该规范规定,临时结构可在容许应力基础上乘以1.3的扩大系数,由于钢板桩为租用,考虑材料折旧等因素,钢板桩材料容许应力不作临时提高。
允许挠度:L/400。
4.国产新Ⅳ型钢板桩尺寸和截面特性
1.截面尺寸:宽度:400mm.高度:180mm.厚度:15.5mm。钢板桩材质为16锰钢。
2.截面特性(单根板桩):B=400mm.h=180mm.t=15.5mm.t=10.5mm,截面积为,截面抵抗矩为,惯性矩为,重量为。
国产新IV型钢板桩
5.板桩结构计算
5.1钢板桩入土深度计算
根据封底砼厚度1.0m,下抛片石0.5m,确定围堰内基坑底标高为-8.5m,采用等值梁法计算钢板桩入土深度。
计算的工况为:围堰内抽水至标高-4.0m,第二层内支撑安装完毕后,基坑开挖至标高-8.5m。
钢板桩围堰相关设计相关控制参数:
⑴封底砼浇筑前设置两层内支撑,第一层内支撑中心标高为+0.0m,第二层内支撑中心标高为-3.5m。
⑵围堰外设计水位为+2.5m,围堰内设计水位为-4.0m。
⑶钢板桩顶标高为+3.5m,设计钢板桩长21m,则钢板桩底标高为-17.5m。
⑷墩位处原始河床标高为+0.0m,围堰内最终基坑开挖标高为-8.5m。
淤泥质粉质粘土力学性能参数表(最近提供地质资料)
容重() 粘聚力() 内摩擦角(°) 主动土压力系数 被动土压力系数
15.9 2.0 12.8 0.637 1.569
说明:表中所指容重为土的天然容重。
其中:主动土压力系数,
:被动土压力系数,
根据地勘资料,河床面以下30m范围均为饱和状不透水淤泥质粉质粘土,钢板桩采用水土合算进行,将土面以上水深作为均布的超载作用考虑,将均布荷载换算成位于土面以上假想的当量土层:
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