深水桩基水中墩钢板桩围堰计算书.doc

水中墩钢板桩围堰计算书一、计算原则及部分假定 1、6#、7#墩分别进行计算，按分层非匀质土计算土压力 2、各层土均按图纸提供的快剪强度指标和实际层厚采用郎金土压力理论计算土压力，对粘土计入粘聚力的影响，考虑到真粘聚力一般较小，计算取值约为图纸建议值的1/3～2/3 3、土压采用水、土压力分算法，第7层和第9层土采用水土压力合算法，以上均不考虑渗流效应 4、墙前被动土压力考虑到摩擦力予以提高，修正系数取1.2～1.6（根据摩阻角φ值不同取值不同），粘聚力计算部分√Kp不予修正 5、板桩及支撑强度采用等值梁法计算，按分层开挖支撑力不变法结合连续梁法计算强度和入土深度，6、入土深度最终取1.2倍计算值 7、计算水位取+2.7m 8、7＃墩第8层与第9层土均为硬塑粘土，合并为9΄层计算二、计算参数的确定1、 水、土压力参数：（参见图1）水、土压力参数（表1）饱和容重浮容重γ’фcKaKaKPKP修正K水10土层④19.19.114.3100.6040.7772.3181.2871.4土层⑤18.78.727.250.3730.6114.2941.6381.6土层⑥1991800.5283.031.6土层⑦19.19.16.2100.8050.8971.4911.1151.2土层⑨20.116.2200.5640.7512.4821.3321.4土层9’2015200.5890.7672.3771.3031.4 / 2、钢板桩： 选用德国拉森IV型钢板桩，桩长22m，重量75㎏/ m，截面模量W=2270cm3，允许应力[σ]=180 Mpa。

3、 内导梁支撑：选用HPH400×400型钢和HPH414×405型钢，截面模量W分别为3340cm3和4490cm3，允许应力[σ]=180 Mpa，斜撑选用组合截面压杆，根据实际应力确定三、6＃墩板桩计算6＃墩桩顶标高+3.5，入土深度9.4m，设置四层支撑，各支撑中心标高为+2.2m，-0.8m，-3.2m，-5.6m各层支撑计算时以开挖至下一层支撑以下0.5m计算板桩主动土压力线及支撑布置见图2 1、单撑状态（见图3）根据图3单撑状态压力图，即当开挖至第二支撑以下70㎝处（－1.5m）而未设第二支撑时，土压力强度零点位于第⑥层土内0.85m处，由该受力图按等值梁计算板桩内及第一支撑反力，结果见M图Mmax=284KN.M R1=102KN б=284000/2270=125 MPa <[180] 2、双撑状态：开挖至R3以下0.5m而R3未安装时，土压力受力图见图4，土压强度零点位于-5.7m处，等值梁长10.5m，内力图见图4图3 Mmax=110KN.M R1=－11KN R2=211KN б=211000/2270=93MPa <[180]，可图5图4 3、三撑状态：第三层支撑安装完成且继续开挖至第四层下0.5m（－6.0m），土压力见图5，土压零点位于第6层土内3.7m处，等值梁长12.4m，按三跨连续梁计算，内力图见图5。

R1=36KN R2=57KN R3=470KN Mmax=285KN.M σ=126MPa4、四撑状态：第四层支撑安装完成且继续开挖至基底设计标高（－9.1m），土压力见图6，土压零点位于软粘土内2.4m处，等值梁长14.2m，按四跨连续梁计算，内力图见图6R1=10KN R2=145KN R3=-81KN R4=661KN Mmax=372KN.m图6σ=164Mpa>[180]，可5、入土深度计算：根据各阶段计算，弯距零点剪力最大接近130KN，由图2实际压力线图，假定净被动土压平衡剪力对D0点的弯距所需的入土深度为X（硬塑层内），求得X=1.7m，而土压力强度零点距基底为u0=3.9 m，故入土深度（取1.2系数）t=1.2t0=1.2(3.9+1.7)=6.7m取7m，所需板桩总长19.6m，采用22m桩满足要求四、7＃墩板桩计算采用22 m长板桩，桩顶标高+3.5，入土深度9.4m，设置四层支撑，为方便施工，各支撑中心标高与6#墩相同板桩主动土压力线及支撑布置见图2 1、单撑状态（见图7）根据图7单撑状态压力图，即当开挖至－2.5m而未设第二支撑时，土压力强度零点位于第5层土内0.7m处，等值梁长度5.7m，由该受力图计算板桩内及第一支撑反力，结果见图7。

R1=57kN图7 Mmax=102kN.m σ=102000/2037=45 MPa <[180] 2、双撑状态：开挖至-3.8m而R3未安装时，土压力图见图8，土压强度零点位于-7.3m处，等值梁长10m，内力图见图8 Mmax=181 kN.m R1=－36kN R2=278kN图8 σ=181000/2037=80MPa <[180]，可 3、三撑状态：第三层支撑安装完成且继续开挖至-6.1m处，土压力见图9，土压零点位于第6层土底，等值梁长12.2m，按三跨连续梁计算，内力图见图9 R1=39kN R2=-79kN R3=520kN Mmax=324kN.m σ=143MPa4、四撑状态：图9第四层支撑安装完成且继续开挖至基底设计标高－9.1m，土压力见图2，土压零点位于硬塑层土内，等值梁长14.2m，按四跨连续梁计算，受力图见图10 R1=10kN R2=143kN R3=-70kN R4=660kN Mmax=361kN.m σ=159MPa此时反弯点板桩剪力Q=230kN5、入土深度计算：图10根据各阶段计算，弯矩零点剪力最大为230kN，由图2实际压力线图，假定净被动土压平衡剪力对D0点的弯距所需的入土深度为x（硬塑层内），有：230x+100x2/2+12.1x3/6=161x2/2+47.57x3/6求得x=4.6 m，而土压力强度零点距基底为u0=2.4 m，故入土深度（取1.2系数）t=1.2t0=1.2(2.4+4.6)=8.4m，所需板桩总长21m，采用22m桩满足要求。

五、支撑计算： 5．1 计算取值：根据各阶段计算，按支承力不变法取最大值进行杆件强度设计和验算开挖过程中： R1=102kN R2=278kN R3=520kN R4=661kN成型后： R1=10kN R2=165kN R3=－80kN R4=661kN拆除过程中： R1=128kN R2=277kN R3=260kN R4=180kN 左半幅第三层、第四层支撑在开挖时及施工中均设顶撑，其余无论开挖和拆除（包括第三层拆除）均不设顶撑，右半幅第一层始终不设顶撑，其余始终设置顶撑R1、R2、R3分别按130kN/m、300kN/m、600kN/m单排设置并分别进行支撑设计，R4以双排支撑按均布荷载每排350kN/m进行设计为方便施工，左半幅围堰内部净尺寸采用11.3m×8m，长边环撑共四层统一力学模型见图11，右幅围堰内部净尺寸为12.6m×8m，第一层长边力学模型如图12，其余长边力学模型见图13，与左幅相比除增设一道顶撑R’外，其余支撑间距不变 图12 左幅3、4层支撑受力图图11 左幅1、2、3层支撑受力图 图14 右幅第2、3、4层支撑受力图图13 右幅1层支撑受力图左幅围堰各道支撑梁内力及支反力计算结果见表2（单位：kN）表2荷载q(kN/m)R1斜撑R2顶撑R3Mmax(kN.m)备 注130(第1层)102580224不设顶撑300(第2层、第3层拆)2361340516不设顶撑600(第3层挖时)67118501260474开挖时加顶撑350(第4层)3911080733277设顶撑右幅围堰各道支撑梁内力及支反力计算结果见表3（单位：kN）表3荷载q(kN/m)R1斜撑R2顶撑R3Mmax(kN.m)备 注130(第1层)57710350不设顶撑300(第2层、第3层拆)324996902270始终设顶撑600(第3层挖时)64719911803539设顶撑350(第4层)37811611052315设顶撑综上，为统一构件受力和尺寸，方便设计和施工，左右幅第一层环梁统一取M=350；第二、三层环梁弯矩分别取516kN.m和539kN.m验算；左右幅第四层环梁均为双排，左幅弯矩277kN.m，右幅弯矩315kN.m。

斜撑角度cosα=0.753，第一层斜撑取943kN（710/0.753=943）设计，双幅二、四层斜撑和顶撑均采用1780kN（左幅第四层斜撑力1340/0.753=1780）设计，双幅第三层斜撑和顶撑均采用2644kN（1991/0.753=2644）计算， 5.2 环梁设计检算 第一层：Mmax=350 kN.m 单排HPH400×400型钢 σ=350000/3340=105 MPa<[180] 第二层：Mmax=516 kN.m 单排HPH400×400型钢 σ=516000/3340=154 MPa<[180] 第三层：Mmax=539 kN.m 单排HPH400×400型钢 σ=539000/3340=161 MPa 左幅第四层：Mmax=277 kN.m 双排HPH400×400型钢 σ=277000/3340=83 MPa<[180] 右幅第四层：Mmax=315 kN.m 单排HPH400×400型钢 σ=315000/3340=94 MPa<[180]5.3 斜撑杆设计： 第一层斜撑： Rmax= 943 kN，按轴压杆计算，杆长l=4.4m，采用双肢[20槽钢，单肢截面积A0=3283mm2，上下加焊460×18×1cm钢板，总面积A=10166, 压杆整体回转半径ry=0.38h=7.6cm，整体长细比λy=l/ ry=440/7.6=58查表得φ1=0.824，则σ=N/φ1A=943000/(0.8×10166)=116Mpa<[180]，满足要求。

第二、四层斜撑和顶撑：Rmax=1780 kN，杆长l=4.4m，采用双肢[32b槽钢，上下加焊440（顶撑为720）×28×1cm钢板，单肢截面积A0=5490mm2，总面积A=16580 mm2，rx=0.38b=11.4cm，长细比λ=l/ ry=440/11.4=39查表得φ1=0.9，则σ=N/φ1A=1780000/(0. 9×16580)=119Mpa<[180]，满足要求第三层斜撑和顶撑：Rmax=2644 kN杆长l=4.4m，采用双肢[36b槽钢，上下加焊460(顶撑为。