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1、1富顺沱江三桥 2#墩钢围堰检算报告一、工程概况富顺县沱江三桥是 S305 线富顺县城过境段改（扩）建工程中跨越沱江的一座独立桥梁，桥梁位于晨光二厂上游约 200m，线路全长 0.9975km，设计范围：（K8+492.5K9+490） 。桥跨结构为 120m 预制简支箱梁+（73+130+73）悬臂现浇连续箱梁+1820m 预制箱梁，桥面全宽 26.5 米，汽车荷载：公路 I 级，人群荷载：3.0kN/m 2，设计洪水频率：1/100，通航等级：IV-(3)。桥梁总体布置如图 1 所示：图 1 富顺县沱江三桥总体布置图沱江三桥桥梁 2#、3#主墩位于河床中，承台嵌入河床强风化岩层0.6m4m
2、。河床表面只有 0.5m 左右的卵石覆盖层，河床地质为强风化粉质砂岩。沱江枯水季节流速平缓流速为 0.3m/s。3#墩承台水深达到 8m，2#墩水深在514 米之间。2#墩因承台所处的河床地形陡峭，纵桥向承台边缘的原河床底面标高高差达到 8m，钻孔桩平台若采用钢结构平台进行施工，需要进行水下爆破，河床清理平整后才能开始钢结构平台及后续的承台钢套箱施工。此方案施工时间周期较长，投入大型设备较多，施工进出场极为不便；而且办理相关特殊施2工许可周期较长，无法保证在洪水来之前完成水下结构物的施工，从而影响整个工期。通过现场勘查，经过综合考虑并结合设计方的方案，确定水中墩的施工方案如下：1） 、钻孔桩施
3、工平台都采用筑岛围堰，以减少施工难度及工程造价。2） 、2#墩因边坡验算稳定性不够采用钢板桩围堰支护施工。3） 、3#墩因填筑的材料透水性较强，直接在筑岛围堰区内明挖深基坑施工安全风险较大，3#墩采用钢板桩支护施工。4） 、因承台嵌入岩层为强风化及中风化粉砂质泥岩较硬，尤其是 2#墩小里程侧有夹砂岩构造，岩层硬度达到 30MPa 以上，在进行承台石方开挖时需要进行爆破施工。对 2#墩 3#墩钢板桩围堰受力进行分析，2#墩钢板桩围堰更不利。下面对2#墩钢板桩围堰进行计算。二、2#墩承台钢板桩围堰施工设计图 2 2#墩承台施工布置图为便于安装承台模板，考虑承台轮廓尺寸按每边大 1.5m 进行，用
4、C20 砼封底，厚度根据水深按 1m1.5m 考虑，用型钢作围檩及支撑。钢板桩顶标高比筑岛围堰面高 1 米考虑，底标高比封底混凝土底面低 2m 以上考虑。设计钢板桩围堰需要计算钢板桩横截面、最小入土深度、支撑结构及间距、钢板桩平面尺寸等，钢板桩受力除土压、水压等外力，还与支撑受力有关。为方便钢板桩通常取 1 米宽作简化计算，计算时不考虑钢板桩之间的摩擦力。由于基坑底在水面以下较深，为了减小钢板桩的弯矩须设置多层支撑，根据土质、坑深、支撑结构杆件强度、最小入土深度以及施工需要等因素，围堰钢板桩长度为 15m。围堰内用型钢 HW450*300 作为内支撑，以留出墩身施工空间，桁架四周设3作为导环。
5、钢板桩采用 SP-U400*170 型拉森 IV 型钢板桩，钢板桩围堰内围檩采用 H 型钢双拼 HW450*300，纵向、横向采用 600*8mm 的钢管作为支撑，具体见图。钢板桩围堰结构形式如下图所示：4图 3 2#墩钢板桩围堰施工总布置图三、计算依据钢结构设计规范(GB50017-2003)简明深基坑工程设计施工手册建筑桩基础规范(JGJ94-2008)简明施工计算手册公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)富顺县沱江三桥施工图设计富顺县沱江三桥地质勘测报告5四、富顺县沱江三桥 2#墩钢板桩围堰检算4.1 基本参数
6、1）钢板柱截面特性表 1 钢板桩截面参数特性值表单根钢板桩 每延米钢板桩宽 侧厚 壁厚 面积 惯性矩 截面矩B H t A IX ZX钢板桩型号mm mm mm cm2/m cm4/m cm3/mSP-U400 170 400 170 15.5 242.5 38600 22702）地质资料根据地质勘察报告，2#墩地质资料及土层参数分别如表 2。表 2 2#墩土层参数表土层名称 层顶标高 层底标高容重（kN/m 3）内摩擦角（）粘聚力（kPa）风化页岩土夹粘土 262.00 253.00 19.4 15 254.2 计算方法通过有限元软件 Midas 建立钢板桩围堰整体模型，分析工况根据施工步骤
7、确定，每次加内支撑前都是最危险工况，根据土的深度施加土压力和水压力，钢板 桩插入土中后，相当于嵌固在土中，嵌固深度取钢板桩法向抗弯高度的 1.5倍，钢板桩与圈梁通过在牛腿处焊接，相当于固接。由此计算出钢板桩和圈梁的最大应力以及弯矩和位移等，判断是否满足要求。钢板桩主动土压力和被动土压力修系数如表 3 所示。本文计算作出如下假设：1.假设计算时取 1m 宽单位宽度钢板桩；2.因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0） ；3.弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算；4.假设钢板桩在封底砼面以下 0.5m 处固结，在 MIDAS 中限制全部约束；
8、65.本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。表 3 2#桥墩主、被动土压力系数及被动土压力修正系数土层名称 Ka aKKp p风化页岩土夹粘土 0.589 0.767 1.698 1.3034.3 施工步骤(1)通过静压植桩机配重，将钢板桩压入土中； (2)挖除围堰内的土石方至第一道围堰下 0.5m，安装钢板桩围堰顶层即第一道内支撑梁；(3)继续挖除承台土石方至第二道围堰下 0.5m，安装钢板桩围堰第二道内支撑梁； (4)继续挖除承台土石方至第三道围堰下 0.5m，安装第三道内支撑梁；(5)在围堰内开挖至承台底，浇素混凝土垫层
9、；(6)凿除桩头，并拆除第三道支撑，安装承台钢筋，立模板，灌注承台混凝土； (7) 拆除承台模板，回填基坑土方,拆除第二道内支撑，进行墩身施工；(8) 墩身出水面后，拆除第一道内支撑，拔除钢板桩，清除河道中施工废物。 4.4 计算结果按照最不利受力将计算分为下列四种工况：工况一：开挖至第一层围囹位置下 0.5m，还未安装第二层围囹时，如图；工况二：开挖至第二层围囹位置下 0.5m，还未安装第二层围囹时，如图；工况三：开挖至第三层围囹位置下 0.5m，还未安装第三层围囹时，如图；工况四：三道围囹都已经安装上，开挖值封底混凝土底面时，如图；4.4.1 钢板桩初步验算7工况一计算简图 工况二计算简图
10、工况三计算简图 工况四计算简图工况 1：开挖至第一层围囹位置下 0.5m，还未安装第一层围囹时。此时，开挖面在钢板桩顶下 2.5m 处。取 1.5 倍钢板桩开口长度处为固定端，即钢板桩计算长度为 2.5+1.50.388=3.08m计算主动土压力每延米为： 260aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：25.=1.5kN/maKZ11.510.388=4.46kN/m计算水压力每延米为： 260.aP8，每根钢板桩受到的主动土压力为：2256.=.8kN/mawPh6.80.388=2.72 kN/m(2) 计算模型图 4 钢板桩工况一有限元模型图 5 钢板桩工况一荷载施加模型图9图 6 钢板桩工
11、况一弯矩图图 7 钢板桩工况一组合最大应力图由上图可知，钢板柱最大的弯矩为 2.16 ，最大应力 3.76Mpa，满足kNmA要求。工况 2：开挖至第二层围囹位置下 0.5m，还未安装第二层围囹时。此时，开挖面在钢板桩顶下 6.5m 处。取 1.5 倍钢板桩开口长度处为固定端，即钢板桩计算长度为6.5+1.50.388=7.08m计算主动土压力每延米为： 260aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：25.9=3.65kN/maKZ33.650.388=13.46 kN/m10计算水压力每延米为： 260.aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：259=46.8kN/mwh46.80.388=18.7
12、2 kN/m(2) 计算结果图 8 钢板桩工况二有限元模型图 9 钢板桩工况二荷载施加模型图11图 10 钢板桩工况二弯矩图图 11 钢板桩工况二组合最大应力图图 12 钢板桩工况二组合变形图12图 13 工况三围囹弯矩图图 14 工况三围囹轴力图图 15 工况二围囹应力图13图 16 工况二围囹变形图图 17 工况二钢板桩弯矩图图 18 工况二钢板桩应力图14图 19 工况二钢板桩变形图由上图可知，钢板桩最大的弯矩为 39.48 ，最大的应力为kNmA75.64MPa，最大位移 2.95mm。围囹最大的弯矩为 176.23 ，最大的轴力为270.48kN，最大的应力为 37.81MPa，最大
13、位移 2.66mm。满足要求。工况 3：开挖至第三层围囹位置下 0.5m，还未安装第三层围囹时。此时，开挖面在钢板桩顶下 9.32m 处。取 1.5 倍钢板桩开口长度处为固定端，即钢板桩计算长度为9.32+1.50.388=9.9m计算主动土压力每延米为： 260aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：253.1=49.6kN/maKZ49.260.388=19.70 kN/m计算水压力每延米为： 260.aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：2531=75kN/mwh750.388=30 kN/m(2) 计算结果15图 20 钢板桩工况三有限元模型图 21 钢板桩工况三荷载施加模型图图 22 钢板
14、桩工况三弯矩图16图 23 钢板桩工况三组合最大应力图图 24 钢板桩工况三组合变形图图 25 工况三围囹弯矩图17图 26 工况三围囹轴力图图 27 工况三围囹应力图图 28 工况三围囹变形图18图 29 工况三钢板桩弯矩图图 30 工况三钢板桩应力图图 31 工况三钢板桩位移图由上图可知，钢板桩最大的弯矩为 86.2 ，最大的应力为kNmA19151.02MPa，最大位移 7.48mm。其中第二道围囹最大的弯矩为 827.84 ，kNmA最大的轴力为 1268.5kN，最大的应力为 177.45MPa，最大位移 6.67mm。工况 4：三道围囹都已经安装上，开挖值封底混凝土底面。此时，开挖
15、面在钢板桩顶下 10.32m 处。已经开挖到基岩面，即去开挖高度处为固定端。计算主动土压力每延米为： 260aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：25.8=54.79kN/maKZ54.790.388=21.92 kN/m计算水压力每延米为： 260.aP，每根钢板桩受到的主动土压力为：258=5kN/mwh850.388=34 kN/m(2) 计算结果图 32 钢板桩工况四有限元模型20图 33 钢板桩工况四荷载施加模型图图 34 钢板桩工况四弯矩图图 35 钢板桩工况四组合最大应力图21图 36 钢板桩工况二组合变形图图 37 钢板桩工况四围囹弯矩图图 38 钢板桩工况四围囹轴力图22图 39 钢板桩工况四围囹应力图图 40 钢板桩工况四围囹变形图图 41 工况四钢板桩弯矩图23图 42 工况四钢板桩应力图图 43 工况四钢板桩应力图由上图可知，钢板桩最大的弯矩为 90.86 ，最大的应力为kNmA159.2MPa，最大位移 8.52mm。满足要求。围囹最大弯矩为 977.0 ，最大kNA轴力为 1479.7kN，最大应力为 208.6MPa，位置在第二道围囹牛腿处，最大位移7.72mm。结果汇总：工况 钢板桩 围囹工况一 满足要求 满足要求工况二 满足要求 满足要求工况三 满足要求 满足要求工况四 满足要求 满足要求
