钢板桩围堰设计计算

钢板桩围堰设计计算摘要：海边淤泥区承台围堰设计计算方法关键词：承台施工；钢板桩围堰abstract:theseasiltareapilecapcofferdamdesigncalculationmethodkeywords:bearingplatformconstruction;steelsheetpilecofferdam中图分类号：u443.25文献标识码：a文章编号：1概述本例为广东沿海某桥桥墩的四桩承台施工钢板桩围堰进行设计。该围堰采用现场钻孔资料，地质显著特点为淤泥层较厚，淤泥面顶标高为-0.150m，底面标高为-8.950m，下伏层为粘土。为保证围堰施工的安全稳定性，板桩必须穿过淤泥层，进入下伏土层。经计算，确定桩底标高为-12.000m，桩顶标高为3.000m，桩长15m；围堰设置一道水平支撑，支撑位置标高为0.000m；基坑开挖深度位置标高不低于-3.700m。2设计依据2.1基础资料（1）现场钻孔资料，本项目施工图；2.2主要技术标准（1）《钢结构设计规范》（gb50017-2003）（2）《建筑基坑支护技术规程》（jgj120-99）（3）《热轧u型钢板桩》（gb/t20933-2007）（4）《钢结构工程施工质量验收规范》（gb/t50205-2001）3结构布置型式通过对四桩承台所在位置及如前所述相关地质条件进行分析计算，初步拟定承台钢板板桩围堰的结构布置形式如下图所示。图3-1钢板板桩围堰立面布置图4基本参数4.1地质资料参数（1）淤泥：γ=15.1,c=10.4,φ=6.10。（2）粘土：γ=18.9,c=26.1,φ=11.10。4.2主要设计标高（1）桩顶标高：3.000m；桩底标高：-12.000m；（2）设计高水位：2.200m；（3）水平支撑标高：0.500m；（4）其它标高：按设计图纸要求；4.3钢板桩围堰技术参数本设计采用拉森ⅳ型钢板桩，其技术参数列表如下：表4-1钢板桩技术参数4.4基坑结构尺寸综合考虑承台几何尺寸和施工操作空间的需要，拟采用的基坑底面尺寸为：15.086×8.3。5施工工艺说明根据现场施工条件，本设计拟定施工工序如下所述：（1）通过护筒安装导向架；（2）插打钢板桩。沿导向架的外边缘插打钢板桩，应保证钢板桩垂直入土，锁扣紧密相扣，以保证围堰有较好的隔水能力；（3）安装围檩、支撑，先进行堰内降水、吸泥，吸泥至围檩下0.5米处时，安装围檩及水平支撑。（4）继续堰内吸泥降水，堰内水位（泥面）下降的过程中，应对板桩的变形进行实时监测，如发现异常应立即停止降水，待问题解决后方可继续施工；（5）施工承台及墩身。承台及墩身施工时围堰处于最不利工况，此时应监测围堰的稳定性，特别注意监测水平支撑体系的工作状态；（6）堰内回填或引水回灌。在拆除水平支撑体系之前，应对堰内进行回填或回灌，尽量平衡内外水头（土压力）差；（7）拆除水平支撑体系，抽拔钢板桩。6结构计算6.1工况分析按最不利原则选择1m宽度钢板桩进行受力分析，钢板桩的总长度为15.00m，根据前面的工序流程，本设计主要考虑两种荷载工况：工况一：围堰内水位（泥面）降至-3.700m，钢板桩及支撑体系处于最不工作状态。该工况下钢板桩受内外水头差、水平支撑及主、被动土压力的共同作用。工况二：墩身施工完毕，对围堰内进行回填回灌，平衡内外水头及主、被动土压力作用，并根据需要对钢板桩采取限制变形措施，拆除水平支撑体系，抽拔钢板桩。该工况下钢板桩作为悬臂受力结构，应尽量减小水头差及主被动土压力作用。该工况考虑堰内回填回灌水位为0.000m。6.2建模计算6.2.1荷载分析单位宽度钢板桩所受主动土压力按水土合算的方法进行计算，被动土压力根据弹性支点法原理，将其等效为弹簧单元，以下分别计算桩长范围内主动土压力及弹簧单元的刚度值。主动土压力系数：弹簧单元的刚度值根据地基土水平抗力系数的值计算而得，取淤泥的水平抗力系数，弹性地基梁的截面，弹簧单元的刚度为：表6-1弹簧单元换算刚度6.2.2工况一计算按6.1所述，工况一为水平支撑作用下，堰内开挖至基底时的受力工况，水平支撑体系参与受力，内外水头差及土压力差达到最大值，为最不利工况。据此，建立模型如下：图6-2工况一钢板桩计算模型建模说明：（1）边界条件。边界条件包括一般支承和节点弹性支承，图中水平支撑体系所在位置模拟为一般支承，限制z方向位移；泥面以下每间隔1模拟为一个弹簧单元，按表6-1所列刚度进行设置。（2）加载。按主动土压力标准值加载，如图6-2所示，荷载值如前6.2.1所述。(3)单位设定。长度单位采用，力的单位采用，按1：1即实际尺寸进行建模；模型结果采用常用单位制。4）其它。按有限元分析通用思路进行。计算结果：a）反力标准值。如图：图6-3工况一支承点反力图b）钢板桩受力状态。如表：表6-2工况一钢板桩受力状态图6-4工况二钢板桩计算模型建模说明：1）边界条件。边界条件包括一般支承和节点弹性支承，图中封底混凝土所在位置模拟为一般支承，限制z方向位移；泥面以下每间隔1模拟为一个弹簧单元，按表6-1所列刚度进行设置。2）加载。按主动土压力标准值及回填水头进行加载，如图6-2所示，荷载值如前6.2.1所述。3）单位设定。长度单位采用，力的单位采用，按1：1即实际尺寸进行建模；模型结果采用常用单位制。4）其它。按有限元分析通用思路进行。计算结果：钢板桩受力状态。如表：表6-3工况二钢板桩受力状态刚度：均能满足设计要求。7水平支撑体系结构计算7.1结构布置形式图7-1水平支撑体系平面布置示意图7.2材料及特性表7-1水平支撑体系材料及特性表7.3建模计算（1）荷载取值，按图6-3所示的反力值进行加载，荷载标准值为104.9。（2）计算方式，按照简支梁进行围檩计算，（3）系数取值塑性发展系数γx=1.05整体稳定系数φb=0.6（4）计算结果剪力范围为-323.14--323.14kn弯矩范围为-484.71--0kn.m最大挠度为7.47763mm(挠跨比为1/802)，满足规范要求；由vmaxxsx/(ixxtw)得计算得最大剪应力为49.166mpa＜125mpa满足规范要求；由mx/(γxxwx)得计算得强度应力为115.016mpa＜215mpa满足规范要求；由mx/(φbxwx)得计算得稳定应力为201.278mpa＜215mpa满足规范要求；7.4支撑钢管的稳定性验算计算列表如下：表7-3支撑钢管稳定性计算上表计算结果表明，支撑钢管能满足压杆整体稳定性的要求。注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。