xx特大桥主墩承台围堰施工方案

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1、赣榆青口特大桥主墩承台围堰施工方案一、工程概况本工程主墩围堰位于赣榆青口河上，青口特大桥主桥为悬浇预应力混凝土连续箱梁。主墩18号、19号墩为水中墩，采用单层钢板桩深水围堰方法施工。本文以18号墩围堰施工为例对单层钢板桩深水围堰作具体分析。主墩为埋置式承台，埋入河床泥面以下2.9m左右。由于青口河在入海口，受潮汐水位影响比较大，施工期间水位为+1.5m+2.1m。钢板桩顶标高控制为+2.8m。基坑底至施工水位平均为9m。本桥承台尺寸为6.8m11m，采用8.8m13.2m的钢板桩围堰进行施工，钢板桩长为16 m。其尺寸见示意图。二、工程地质情况本基坑钢板桩埋深范围内地质情况为：层 第一层 填筑

2、土， 高程为 -0.9m -8.34m。层 第二层 粉砂，高程为 -8.34m -9.49m。层 第三层 中砂，高程为 -9.49m-17.59 m。层 第四层 粘土，高程为 -17.59m-23.29 m。层号名称重度r(KN/m3)粘聚力c(KPa)内摩擦角()(1)填筑土18.8515(2)粉砂19222(3)中砂19.4325平均19.1320三、已知条件：施工水位：+2.1m；钢围堰顶标高：+3.0m；河床标高：-0.9；承台底面标高：-6.66m；承台厚2.8 m；围堰内50cm厚C20封底砼；拉森型钢板桩：W=2037cm3，f=170MPa4、钢板围堰计算钢板桩围堰是由封底砼、

3、内支撑、围囹堰体、导向结构组成。根据图纸提供的资料，承台底标高在土层下5.76m，其河床上为填筑土层深为7.4m，水深3.0m。因此设钢板桩穿过填筑土、粉砂，进入中砂土，钢板桩从基坑底入土深度根据计算确定，内支撑按堰体等弯矩并结合承台施工的实际情况分布。水流按动水压力考虑。封底砼用0.5m厚C20。4.1、动水压力计算：根据水流速度V=0.8m/s验算每米钢板桩承受的力：P=KHV2/2gBrK为安全系数取18H为水深(m)V=0.8m/sg为重力加速度9.8m/s2B桩板宽1.0mr水的密度(10 KN/m3)P=1830.82/(9.82) 110=17.6KN确定动水作用集中点为水面下水

4、深1/3计算。Hc=1/33.0=1.0 m，即：P作用于堰体标高为+0.1m位置处,根据结构在P作用下，围堰平衡只能由打入桩一定深度的被动土压力完成。4.2、绘制土压力分布图施工过程分三种工况：工况（一）：第一道支撑设置完毕，抽水并开挖到第二道支撑下50cm处，准备架设第二道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑，钢板桩按简支梁计算。工况（二）：即第二道支撑设置完毕，围堰内泥面标高开挖到第二道支撑下50cm处，此时可假定钢板桩下端支撑与钢板桩土压力强度等于零的点，钢板桩按二跨连续梁进行计算。工况（三）：即第三道支撑设置完毕，围堰内泥面标高开挖承台底标

5、高下50cm（50cm基坑底封底混凝土），此时可假定钢板桩下端支撑与钢板桩土压力强度等于零的点，钢板桩按三跨连续梁进行计算。4.3、工况（三）进行计算钢板桩围堰计算入土深度时，取最不利状况，即按照工况（三）进行计算如下：钢板桩的控制标高见下图：钢板桩土压力及水压力分布图如下计算钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y按朗金土压力理论，河床底土压力与水压力分开，河床底水平且有均布水荷载模式下进行计算。主动土压力的土取自然状态下的平均容重=19.1KN/m3，内摩擦角取20（参照工程地质纵断面图中的CZK12孔）。因土处于饱和水状态，为简化计算，不考虑土的粘聚力及土对钢板桩的竖向摩擦力。B点处水压

6、力强度eBw=wH=103=30 KN/m2主动土压力系数ka=tg2（45-/2）= tg2（45-20/2）=0.49被动土压力系数kp=tg2（45+/2）= tg2（45+20/2）=2.04水的当量土高度h=eBw/（*ka）= 30/（19.10.49）3.21m基坑底处土压力强度eDs=*H*ka=19.1（3.21+6.26）0.49=88.63 KN/m2钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=eDs/*（Kkp-ka）=1.67m将AE段梁当作钢板桩的等值梁，按三跨连续梁计算其支点反力和最大弯距受力模型图（按围堰1 m宽计算单位：集中力KN、均布力KN/m、长度m）：剪力

7、图（单位：KN）：弯距图（单位：KN. m）：计算结果如下：RA=26.18KNRB=-44.75+36.42=-8.33KNRC=220.18+143.75=363.93KNRE=126.21KNMmax=-199.47KN.M根据RE和墙前被动土压力相等的原理，求x值，确定钢板桩的长度。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桩长L=7.16+2.6+6=15.76m，拟选用桩长16m的钢板桩。验算钢板桩的强度钢板桩拟选用德国拉森型钢板桩

8、：每1m宽对b边（长边）截面模量W=2037cm3；钢板桩允许抗弯应力取容=170MPa；钢板桩允许抗剪应力取容=95Mpa。拉应力=Mmax/W =（199.47*103）/(2037*10-6)=97.9Mpa容=170Mpa剪应力=1.5Qmax/A=1.5*220.18*103/0.01=33.02Mpa 容=95Mpa所以，采用德国拉森型钢板桩强度满足要求。4.3.5、工况(三)计算围囹、水平支撑4.3.5.1、第一道围囹、水平支撑强度及刚度验算根据第一道边框围囹处的支点反力，初步确定第一道支撑的布置形式为：边框围囹支撑采用双拼225a型槽钢，内部水平支撑采用双拼225a槽钢，形成口

9、对口组合断面 形式，并用钢板焊接连接。边框围囹按多跨连续梁进行计算，跨径按2.2m、3m、2.8m、3m、2.2计。1、第一道围囹强度及刚度验算作用在第一道边框围囹的边:26.18KN/m双拼225a型槽钢:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）边框围囹强度验算双拼225a槽钢，W=270cm3，I=3370cm4Mmax =18.42KN.Mmax=Mmax/W=（18.42103）/（270210-6）=34.1MPa145 MPa，强度满足要求。2）边框围囹刚度验算=0.677=(0.

10、677*26.18*103*34)/(100*2.1*105*106*3370210-8)=110-3m=1L/400=3000/400=7，刚度满足要求。2、第一道内部水平支撑轴心抗压稳定性验算采用双拼225a槽钢，形成 断面形式，轴心力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，轴心受压构件的稳定系数=0.432=N/A=152.82103/（0.43234.910-42）=50.7MPa145 MPa，满足要求。4.3.5.2、第二道围囹、水平支撑强度及刚度验算在工况(三

11、)下,第二道边框支撑处的支点反力较小（8.33KN/m），对其暂时不予验算。 4.3.5.3、第三道围囹、水平支撑强度及刚度验算在工况(三)下,第三道边框支撑处的支点反力363.93KN/m，初步确定第三道支撑的布置形式为：边框围囹支撑采用双拼240a型槽钢、形成组合断面形式，内部水平支撑采用6008mm钢管，边框围囹按多跨连续梁进行计算，见下图。 1）边框围囹强度验算双拼2I40a槽钢，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =256.06KN.Mmax=Mmax/W=（256.06103）/（1090210-6）=117.5MPa175 MPa 强度满足要求。2）边框支撑刚度验算

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，刚度满足要求。3）内部水平支撑轴心抗压稳定性验算内部水平支撑采用6008mm钢管，轴心力N=1062.172=2124.34KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.42=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，轴心受压构件的稳定系数=0.946=N/A=2124.34103/（0.946148.810-4）=150.9MPa170MPa，满足要求。4.4、工况（一）条件下，即架设第二道支撑前，

13、第一道支撑支点反力计算：工况（一）：第一道支撑设置完毕，抽水并开挖到第二道支撑下50cm处，准备架设第二道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑，钢板桩按简支梁计算。基坑底处土压力强度e=*H*ka=19.1（3.21+0.5）0.49=34.7 KN/m2钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=e/*（Kkp-ka）=0.65m工况(一)下计算结果：第一道边框支撑支点反力RA=36.88KN/m钢板桩上弯矩Mmax =60.54KN.M185.10 KN.M（钢板桩满足要求）1、第一道围囹强度及刚度验算作用在第一道边框围囹的边:36.88KN/m双

14、拼225a型槽钢:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）边框围囹强度验算双拼225a槽钢，W=270cm3，I=3370 cm4Mmax =25.95KN.Mmax=Mmax/W=（25.95103）/（270210-6）=48.0MPa145 MPa，强度满足要求。2）边框围囹刚度验算=0.677=(0.677*36.88*103*34)/(100*2.1*105*106*3370210-8)=1.410-3m=1.4L/400=3000/400=7，刚度满足要求。2、第一道内部水平支撑轴

15、心抗压稳定性验算采用双拼225a槽钢，形成 断面形式，轴心力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，轴心受压构件的稳定系数=0.432=N/A=215.64103/（0.43234.9110-42）=71.5MPa145 MPa，满足要求。4.5、工况（二）条件下，即架设第三道支撑前，第一、二道支撑支点反力计算：工况（二）：第二道支撑设置完毕，抽水并开挖到第三道支撑下50cm处，准备架设第三道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑

16、，钢板桩按二跨连续梁进行计算。基坑底处土压力强度e=*H*ka=19.1（3.21+2.9）0.49=57.2KN/m2钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=e/*（Kkp-ka）=1.08m工况(二)下计算结果：第一道边框支撑支点反力RA=0.26KN/m（不必再验算）第二道边框支撑支点反力RB=159.05KN/m钢板桩上弯矩Mmax =62.28KN.M167.12 KN.M（钢板桩满足要求）1、第二道围囹强度及刚度验算作用在第二道边框围囹的边:159.05KN/m1）边框围囹强度验算双拼2I40a槽钢，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =111.91KN.Mmax=

17、Mmax/W=（111.91103）/（1090210-6）=51.3MPa145 MPa 强度满足要求。2）边框围囹刚度验算=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，刚度满足要求。3）内部水平支撑轴心抗压稳定性验算内部水平支撑采用6008mm钢管，轴心力N=464.22=928.4KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.42=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，轴心受压构件的稳定系数=0.946=N/A=928.4103/

18、（0.946148.810-4）=66.0MPa145 MPa，满足要求。4.6、钢板桩围堰稳定性分析与验算基坑隆起计算对于钢板桩入土深度较深，且本身钢度较大，按下面公式验算：K= 2HKatg+2C +2H2Katg+4HC q+H （q+H）h 1.0式中：H钢板桩的深度（扣除水底部分），H=12.26mh基坑开挖深度，h=6.26mq水底压强，q=30KpaKa主动土压力系数，Ka=0.49C土的粘聚力1.5Kpa土的内摩擦角，=200算得K=1.041.0,故不会发生基坑隆起。52基坑底管涌验算不产生管涌的安全条件为:K=/j1.5 j= i i= h/( h+2t)式中 ：K抗基坑底

19、管涌安全系数；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最大渗流力（动水压力）；h水位至坑底的距离，h=9.26m；t钢板桩的入土深度，t=6m；算得K=2.3, 故不会发生基坑底管涌。53封底砼厚度计算封底砼取x米厚，基坑内抽水后水头差为h，由此引起水的渗流，其最短流程为紧靠板桩的h2t，故在此流程中，水对土粒渗透的力，其方向应是垂直向上。现近似地以此流程的渗流来检算基坑底的涌砂问题，要求垂直向上的渗透力不超过封底砼的自重，故安全条件如下式：Ksiw gcgh式中：Ks安全系数，取1.05；i水力梯, i= h/( h+2t)；w、c分别为水与砼密度h水位至坑底的距离，h=9.26m；t钢板桩的入土深度，t=6m；则：1.059.26/（9.26+62）1.02.3x得： x=0.20m，取封底砼厚度 50cm。