1、贛榆青口特大橋主墩承臺(tái)圍堰施工方案一、工程概況本工程主墩圍堰位于贛榆青口河上，青口特大橋主橋?yàn)閼覞差A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主墩18號(hào)、19號(hào)墩為水中墩，采用單層鋼板樁深水圍堰方法施工。本文以18號(hào)墩圍堰施工為例對(duì)單層鋼板樁深水圍堰作具體分析。主墩為埋置式承臺(tái)，埋入河床泥面以下2.9m左右。由于青口河在入海口，受潮汐水位影響比較大，施工期間水位為+1.5m+2.1m。鋼板樁頂標(biāo)高控制為+2.8m。基坑底至施工水位平均為9m。本橋承臺(tái)尺寸為6.8m×11m，采用8.8m×13.2m的鋼板樁圍堰進(jìn)行施工，鋼板樁長(zhǎng)為16 m。其尺寸見示意圖。二、工程地質(zhì)情況本基坑鋼板樁埋深范圍內(nèi)地質(zhì)

2、情況為：層 第一層 填筑土， 高程為 -0.9m -8.34m。層 第二層 粉砂，高程為 -8.34m -9.49m。層 第三層 中砂，高程為 -9.49m-17.59 m。層 第四層 粘土，高程為 -17.59m-23.29 m。層號(hào)名稱重度r(KN/m3)粘聚力c(KPa)內(nèi)摩擦角(°)(1)填筑土18.8515(2)粉砂19222(3)中砂19.4325平均19.1320三、已知條件：施工水位：+2.1m；鋼圍堰頂標(biāo)高：+3.0m；河床標(biāo)高：-0.9；承臺(tái)底面標(biāo)高：-6.66m；承臺(tái)厚2.8 m；圍堰內(nèi)50cm厚C20封底砼；拉森型鋼板樁：W=2037cm3，f=170MPa4

3、、鋼板圍堰計(jì)算鋼板樁圍堰是由封底砼、內(nèi)支撐、圍囹堰體、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)圖紙?zhí)峁┑馁Y料，承臺(tái)底標(biāo)高在土層下5.76m，其河床上為填筑土層深為7.4m，水深3.0m。因此設(shè)鋼板樁穿過填筑土、粉砂，進(jìn)入中砂土，鋼板樁從基坑底入土深度根據(jù)計(jì)算確定，內(nèi)支撐按堰體等彎矩并結(jié)合承臺(tái)施工的實(shí)際情況分布。水流按動(dòng)水壓力考慮。封底砼用0.5m厚C20。4.1、動(dòng)水壓力計(jì)算：根據(jù)水流速度V=0.8m/s驗(yàn)算每米鋼板樁承受的力：P=K·H·V2/2g×B×rK為安全系數(shù)取18H為水深(m)V=0.8m/sg為重力加速度9.8m/s2B樁板寬1.0mr水的密度(10 KN/m3

4、)P=18×3×0.82/(9.8×2) ×1×10=17.6KN確定動(dòng)水作用集中點(diǎn)為水面下水深1/3計(jì)算。Hc=1/3×3.0=1.0 m，即：P作用于堰體標(biāo)高為+0.1m位置處,根據(jù)結(jié)構(gòu)在P作用下，圍堰平衡只能由打入樁一定深度的被動(dòng)土壓力完成。4.2、繪制土壓力分布圖施工過程分三種工況：工況（一）：第一道支撐設(shè)置完畢，抽水并開挖到第二道支撐下50cm處，準(zhǔn)備架設(shè)第二道支撐，此時(shí)可假定鋼板樁下端支撐于鋼板樁土壓力強(qiáng)度等于零的點(diǎn)，上端支撐與第一道支撐，鋼板樁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。工況（二）：即第二道支撐設(shè)置完畢，圍堰內(nèi)泥面標(biāo)高開挖到第二道支撐

5、下50cm處，此時(shí)可假定鋼板樁下端支撐與鋼板樁土壓力強(qiáng)度等于零的點(diǎn)，鋼板樁按二跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。工況（三）：即第三道支撐設(shè)置完畢，圍堰內(nèi)泥面標(biāo)高開挖承臺(tái)底標(biāo)高下50cm（50cm基坑底封底混凝土），此時(shí)可假定鋼板樁下端支撐與鋼板樁土壓力強(qiáng)度等于零的點(diǎn)，鋼板樁按三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。4.3、工況（三）進(jìn)行計(jì)算鋼板樁圍堰計(jì)算入土深度時(shí)，取最不利狀況，即按照工況（三）進(jìn)行計(jì)算如下：鋼板樁的控制標(biāo)高見下圖：鋼板樁土壓力及水壓力分布圖如下4.3.1計(jì)算鋼板樁上土壓力強(qiáng)度等于零點(diǎn)離挖土面距離y按朗金土壓力理論，河床底土壓力與水壓力分開，河床底水平且有均布水荷載模式下進(jìn)行計(jì)算。主動(dòng)土壓力的土取自然狀態(tài)下的平均

6、容重=19.1KN/m3，內(nèi)摩擦角取20°（參照工程地質(zhì)縱斷面圖中的CZK12孔）。因土處于飽和水狀態(tài)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮土的粘聚力及土對(duì)鋼板樁的豎向摩擦力。B點(diǎn)處水壓力強(qiáng)度eBw=wH=10×3=30 KN/m2主動(dòng)土壓力系數(shù)ka=tg2（45-/2）= tg2（45-20/2）=0.49被動(dòng)土壓力系數(shù)kp=tg2（45+/2）= tg2（45+20/2）=2.04水的當(dāng)量土高度h=eBw/（*ka）= 30/（19.1×0.49）3.21m基坑底處土壓力強(qiáng)度eDs=*H*ka=19.1×（3.21+6.26）×0.49=88.63 KN/m

7、2鋼板樁上土壓力強(qiáng)度等于零點(diǎn)離挖土面距離y=eDs/*（Kkp-ka）=1.67m4.3.2將AE段梁當(dāng)作鋼板樁的等值梁，按三跨連續(xù)梁計(jì)算其支點(diǎn)反力和最大彎距受力模型圖（按圍堰1 m寬計(jì)算單位：集中力KN、均布力KN/m、長(zhǎng)度m）：剪力圖（單位：KN）：彎距圖（單位：KN. m）：計(jì)算結(jié)果如下：RA=26.18KNRB=-44.75+36.42=-8.33KNRC=220.18+143.75=363.93KNRE=126.21KNMmax=-199.47KN.M4.3.3根據(jù)RE和墻前被動(dòng)土壓力相等的原理，求x值，確定鋼板樁的長(zhǎng)度。RE= ps*（Kkp-ka）*x2/6126.21=19.1

8、*（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樁長(zhǎng)L=7.16+2.6+6=15.76m，擬選用樁長(zhǎng)16m的鋼板樁。4.3.4驗(yàn)算鋼板樁的強(qiáng)度鋼板樁擬選用德國拉森型鋼板樁：每1m寬對(duì)b邊（長(zhǎng)邊）截面模量W=2037cm3；鋼板樁允許抗彎應(yīng)力取容=170MPa；鋼板樁允許抗剪應(yīng)力取容=95Mpa。拉應(yīng)力=Mmax/W =（199.47*103）/(2037*10-6)=97.9Mpa<容=170Mpa剪應(yīng)力=1.5Qmax/A=1.5*220.18*103/0.01=33.02Mpa< 容=95Mp

9、a所以，采用德國拉森型鋼板樁強(qiáng)度滿足要求。4.3.5、工況(三)計(jì)算圍囹、水平支撐4.3.5.1、第一道圍囹、水平支撐強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算根據(jù)第一道邊框圍囹處的支點(diǎn)反力，初步確定第一道支撐的布置形式為：邊框圍囹支撐采用雙拼225a型槽鋼，內(nèi)部水平支撐采用雙拼225a槽鋼，形成口對(duì)口組合斷面 形式，并用鋼板焊接連接。邊框圍囹按多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，跨徑按2.2m、3m、2.8m、3m、2.2計(jì)。1、第一道圍囹強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算作用在第一道邊框圍囹的邊:26.18KN/m雙拼225a型槽鋼:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=

10、1465800KN1）邊框圍囹強(qiáng)度驗(yàn)算雙拼225a槽鋼，W=270cm3，I=3370cm4Mmax =18.42KN.Mmax=Mmax/W=（18.42×103）/（270×2×10-6）=34.1MPa<145 MPa，強(qiáng)度滿足要求。2）邊框圍囹剛度驗(yàn)算=0.677=(0.677*26.18*103*34)/(100*2.1*105*106*3370×2×10-8)=1×10-3m=1<L/400=3000/400=7，剛度滿足要求。2、第一道內(nèi)部水平支撐軸心抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算采用雙拼225a槽鋼，形成 斷面形式，軸心力

11、N=76.41×2=152.82KNi=0.44b=0.44×15.6=6.864cml=8.8-0.25×2=8.3m=l/i=8.3/0.06864=121查表得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)=0.432=N/A=152.82×103/（0.432×34.9×10-4×2）=50.7MPa<145 MPa，滿足要求。4.3.5.2、第二道圍囹、水平支撐強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算在工況(三)下,第二道邊框支撐處的支點(diǎn)反力較小（8.33KN/m），對(duì)其暫時(shí)不予驗(yàn)算。 4.3.5.3、第三道圍囹、水平支撐強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算在工況(三)下,第三

12、道邊框支撐處的支點(diǎn)反力363.93KN/m，初步確定第三道支撐的布置形式為：邊框圍囹支撐采用雙拼240a型槽鋼、形成組合斷面形式，內(nèi)部水平支撐采用600×8mm鋼管，邊框圍囹按多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，見下圖。 1）邊框圍囹強(qiáng)度驗(yàn)算雙拼2I40a槽鋼，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =256.06KN.Mmax=Mmax/W=（256.06×103）/（1090×2×10-6）=117.5MPa<175 MPa 強(qiáng)度滿足要求。2）邊框支撐剛度驗(yàn)算=0.677=(0.677*363.93*103*34)/(100*2.1*105*106*

13、21720×2×10-8)=2.2×10-3m=2.2<L/400=3000/400=7.5，剛度滿足要求。3）內(nèi)部水平支撐軸心抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算內(nèi)部水平支撐采用600×8mm鋼管，軸心力N=1062.17×2=2124.34KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.4×2=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)=0.946=N/A=2124.34×103/（0.946×148.8×10-4）=150.9MPa<170MPa，滿足要求。4.4、工況（

14、一）條件下，即架設(shè)第二道支撐前，第一道支撐支點(diǎn)反力計(jì)算：工況（一）：第一道支撐設(shè)置完畢，抽水并開挖到第二道支撐下50cm處，準(zhǔn)備架設(shè)第二道支撐，此時(shí)可假定鋼板樁下端支撐于鋼板樁土壓力強(qiáng)度等于零的點(diǎn)，上端支撐與第一道支撐，鋼板樁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。基坑底處土壓力強(qiáng)度e=*H*ka=19.1×（3.21+0.5）×0.49=34.7 KN/m2鋼板樁上土壓力強(qiáng)度等于零點(diǎn)離挖土面距離y=e/*（Kkp-ka）=0.65m工況(一)下計(jì)算結(jié)果：第一道邊框支撐支點(diǎn)反力RA=36.88KN/m鋼板樁上彎矩Mmax =60.54KN.M185.10 KN.M（鋼板樁滿足要求）1、第一道圍囹強(qiáng)度

15、及剛度驗(yàn)算作用在第一道邊框圍囹的邊:36.88KN/m雙拼225a型槽鋼:EI=2*210000000*3370*10-8=14154KN.m2EA=2*210000000*34.9*10-4=1465800KN1）邊框圍囹強(qiáng)度驗(yàn)算雙拼225a槽鋼，W=270cm3，I=3370 cm4Mmax =25.95KN.Mmax=Mmax/W=（25.95×103）/（270×2×10-6）=48.0MPa<145 MPa，強(qiáng)度滿足要求。2）邊框圍囹剛度驗(yàn)算=0.677=(0.677*36.88*103*34)/(100*2.1*105*106*3370×

16、;2×10-8)=1.4×10-3m=1.4<L/400=3000/400=7，剛度滿足要求。2、第一道內(nèi)部水平支撐軸心抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算采用雙拼225a槽鋼，形成 斷面形式，軸心力N=107.64×2=215.28KNi=0.44b=0.44×15.6=6.864cml=8.8-0.25×2=8.3m=l/i=8.3/0.06864=121查表得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)=0.432=N/A=215.64×103/（0.432×34.91×10-4×2）=71.5MPa<145 MPa，滿足要求。

17、4.5、工況（二）條件下，即架設(shè)第三道支撐前，第一、二道支撐支點(diǎn)反力計(jì)算：工況（二）：第二道支撐設(shè)置完畢，抽水并開挖到第三道支撐下50cm處，準(zhǔn)備架設(shè)第三道支撐，此時(shí)可假定鋼板樁下端支撐于鋼板樁土壓力強(qiáng)度等于零的點(diǎn)，上端支撐與第一道支撐，鋼板樁按二跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。基坑底處土壓力強(qiáng)度e=*H*ka=19.1×（3.21+2.9）×0.49=57.2KN/m2鋼板樁上土壓力強(qiáng)度等于零點(diǎn)離挖土面距離y=e/*（Kkp-ka）=1.08m工況(二)下計(jì)算結(jié)果：第一道邊框支撐支點(diǎn)反力RA=0.26KN/m（不必再驗(yàn)算）第二道邊框支撐支點(diǎn)反力RB=159.05KN/m鋼板樁上彎矩Mm

18、ax =62.28KN.M167.12 KN.M（鋼板樁滿足要求）1、第二道圍囹強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算作用在第二道邊框圍囹的邊:159.05KN/m1）邊框圍囹強(qiáng)度驗(yàn)算雙拼2I40a槽鋼，W=1090cm3，I=21720cm4Mmax =111.91KN.Mmax=Mmax/W=（111.91×103）/（1090×2×10-6）=51.3MPa<145 MPa 強(qiáng)度滿足要求。2）邊框圍囹剛度驗(yàn)算=0.677=(0.677*159.05.12*103*34)/(100*2.1*105*106*21720×2×10-8)=1.0×10-

19、3m=1.0<L/400=3000/400=7.5，剛度滿足要求。3）內(nèi)部水平支撐軸心抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算內(nèi)部水平支撐采用600×8mm鋼管，軸心力N=464.2×2=928.4KNi=20.93cm A=148.79cm2l=8.8-0.4×2=8m=l/i=8/0.2093=38查表得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)=0.946=N/A=928.4×103/（0.946×148.8×10-4）=66.0MPa<145 MPa，滿足要求。4.6、鋼板樁圍堰穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算4.6.1基坑隆起計(jì)算對(duì)于鋼板樁入土深度較深，且本身鋼度較大，按下面公式驗(yàn)算：K= 2··H·Ka·tg+2C +2··H2·Ka·tg+4HC q+·H （q+·H）h 1.0式中：H鋼板