某橋梁圍堰工程穩(wěn)定性分析

安裝的鋼渣防護(hù)結(jié)構(gòu)在跨海橋梁的橋梁建設(shè)中起著重要作用，因?yàn)樗鼪Q定了橋的水下運(yùn)行的可能性。然而，由于許多項(xiàng)目，尤其是中小型項(xiàng)目，由于建設(shè)周期短，專業(yè)技術(shù)人員配置不足，在設(shè)計(jì)工藝上經(jīng)常忽視地基的安全。大多數(shù)需要維護(hù)的區(qū)域會(huì)根據(jù)其他項(xiàng)目的維護(hù)方案和輕度維護(hù)基塊。這種做法常常會(huì)對(duì)工程質(zhì)量及生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。本文著重用Midascivil對(duì)鋼板樁強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算。另外也對(duì)基坑穩(wěn)定性等進(jìn)行了驗(yàn)算。1基礎(chǔ)配套施工某特大橋工程2105#～2112#墩為48+5×80+48連續(xù)梁,根據(jù)實(shí)際情況2106#、2111#墩基礎(chǔ)需要用鋼板樁圍堰進(jìn)行配套施工,該兩墩位置處從上往下23m范圍內(nèi)地質(zhì)情況分別粉質(zhì)黏土,黏土,粉質(zhì)黏土(0～14m),細(xì)砂,粉砂,中砂(14～23m)。為單個(gè)承臺(tái)的鋼板樁圍護(hù)范圍為24m×25.9m,確定樁長為21m。2鋼板樁的截面圖1、圖2是鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)簡圖。計(jì)算時(shí)按施工水位的最大標(biāo)高取為+3.00m;結(jié)構(gòu)所受的側(cè)面壓力,在河床以上的范圍內(nèi)為靜水壓力,在河床以下至封底混凝土底面以上的范圍內(nèi)為靜水壓力、主動(dòng)土壓力之和。其中靜水壓力為三角形荷載:Pa=ρgH1,H1為距離水面的高度;主動(dòng)土壓力根據(jù)朗肯土壓力理論來進(jìn)行計(jì)算。主動(dòng)土壓力系數(shù)為:Ka=tan2(45°??2)Κa=tan2(45°-?2)主動(dòng)土壓力為:Pb=0.8ρ2KaH2。H2為距離河床底的高度。動(dòng)水壓力的計(jì)算按JTGD60-2004《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》考慮。鋼板樁的截面如圖3所示,具體規(guī)格見《公路橋涵施工手冊(cè)》137頁。在建立計(jì)算模型的時(shí)候,采用板單元,根據(jù)等剛度的原則將以上的鋼板樁截面換算為等效的矩形板截面。查得一片0.4m寬的鋼板樁截面對(duì)重心軸x-x的慣性矩為:I=12629.4cm4,則等效的0.4m寬矩形鋼板截面的厚度為:b′=12I/b?????√3=12×12629.4/40?????????????√3=15.54cmb′=12Ι/b3=12×12629.4/403=15.54cm則在計(jì)算模型中的板厚采用15.54cm。圍堰的支撐的標(biāo)高見表1,采用的2I40a、2I56a、D426*8的鋼材。計(jì)算采用Midascivil2006,其中鋼板樁圍堰采用板單元模擬,支撐與圍檁采用梁單元模擬。圍堰平面尺寸為24×25.9m,鋼板樁長21m,河堤土層,分別為淤泥質(zhì)砂土(松散、飽和),河堤,γ=16.2kN/m3、c=2.5kPa;河內(nèi),γ=142kN/m3、c=2kPa,其它參數(shù)如下:最高水位:+3m;鋼板樁頂標(biāo)高:+3.5m;最大開挖標(biāo)高:-10m;拉森Ⅳ型鋼板樁[f]=200MPa。計(jì)算取如下三個(gè)施工階段:開挖至標(biāo)高-2m時(shí),安裝第一和第二層圍檁;開挖至標(biāo)高-4.5m時(shí),安裝第三層圍檁;開挖至封底混凝土底面,安裝第四道圍檁,澆注封底混凝土,抽干圍堰的水。計(jì)算結(jié)果見表2。上表數(shù)據(jù)可知:鋼板樁最大應(yīng)力σmax=126.4MPa<[σ]=200MPa,最大撓度fmax=13.02mm<L/400=34mm,內(nèi)支撐的最大應(yīng)力σmax=260MPa<1.3[σ]=260MPa。校核可知鋼板樁的強(qiáng)度和變形均符合規(guī)范要求。3封底混凝土抗壓強(qiáng)度的確定作用在封底層的浮力是由封底混凝土和圍堰的自重以及圍堰在土中的摩擦阻力平衡的,當(dāng)板樁打入基坑底以下的深度不大時(shí),從安全角度考慮,平衡浮力主要靠封底混凝土的自重,由:γcx=γw(μh+x)解得:x=μγwhγc?γm=0.3×10×11/(23?10)=2.5mx=μγwhγc-γm=0.3×10×11/(23-10)=2.5m其中,μ為考慮未計(jì)算樁土間摩阻力和圍堰自重的修正系數(shù),憑經(jīng)驗(yàn)取為0.3。封底混凝土灌注時(shí)厚度宜比計(jì)算值超過0.25～0.5m,以便在抽水后將頂層浮漿和軟弱層鑿除,以保證質(zhì)量。所以封底厚度x取為2.5+0.3=2.8m。4基本穩(wěn)定性試驗(yàn)4.1不產(chǎn)生流砂的安全條件在坑底內(nèi)抽水可能引起流砂的危險(xiǎn),采用簡化計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)算。其原則是板樁有足夠的入土深度以增大滲流長度,減小向上動(dòng)水力。由于基坑內(nèi)抽水后引起的水頭差h造成的滲流,其最短滲流途徑為h1+t,在流程t中水對(duì)土粒動(dòng)水力應(yīng)是垂直向上的,故可要求此動(dòng)水力不超過土的浮重γb,則不產(chǎn)生流砂的安全條件為:K·i·γw≤γb(K為安全系數(shù),i為水力梯度)。計(jì)算工況:(1)安裝第四層圍檁前,挖土至-6.5m。i=h′h1+t=9.517+7.5=0.388i=h′h1+t=9.517+7.5=0.388(2)澆筑封底混凝土,圍堰抽干水。i=h′h1+t=1115+8.79=0.46i=h′h1+t=1115+8.79=0.46而γw=10,γb=9則,一般k要求不小于2,以上工況均滿足規(guī)范要求,考慮基坑底地質(zhì)淤泥,且基坑在封底完成前均帶水作業(yè),因此基底不會(huì)產(chǎn)生流砂情況。4.2相對(duì)封混凝土頂高較深軟土基坑在水壓力作用下,坑底軟土可能受擠在坑底發(fā)生隆起現(xiàn)象,用滑動(dòng)面簡單方法進(jìn)行驗(yàn)算?；瑒?dòng)力矩為:Md=γwHx2/2穩(wěn)定力矩為:Mr=x∫π2+α∫π2+α0Su(xdθ),α<π2Su(xdθ),α<π2其中α=atg(bh)=atg(bh)=atg(24/23)=1.3?h(24/23)=1.3?h為最底層內(nèi)支撐相對(duì)封混凝土頂高度,b為坑底一半長度,Su為滑動(dòng)面上不排水抗剪強(qiáng)度,取土層滑動(dòng)面的平均不排水抗剪強(qiáng)度Su=50kPa,則安全系數(shù)為:Ks=MdMr=(π+2α)SuγH=(3.14+2×1.3)×5010×5=5.74>1.2。Κs=ΜdΜr=(π+2α)SuγΗ=(3.14+2×1.3)×5010×5=5.74>1.2。滿足坑底隆起驗(yàn)算。5豎向承載力的確定支護(hù)的總重量為2380.2kN。計(jì)算支護(hù)在自重作用下其豎向的承載力時(shí),采用樁基礎(chǔ)中摩擦樁的計(jì)算公式來進(jìn)行計(jì)算:[p]=0.5Ulτp,鋼圍堰與土接觸的周長為:U=99.8×2=199.6m,開挖后樁尖至開挖底面的深度為:L=4.995m,鋼板樁壁與土的摩阻力偏于安全取為:τp=30kPa,則鋼板樁的豎向承載力為:[p]=0.5×199.6×4.995×