水中主墩钢板桩围堰力学计算.docx

某某大桥6、7号墩
钢板桩围堰受力计算书
一、计算依据
1、《某某大桥6、7号墩承台钢板桩围堰设计图》；
2、《注册结构工程师专业考试应试指南》（2008年施岚青主编）
3、《路桥施工计算手册》
4、《钢结构设计规范》（GB-50017-2003）
5、《板桩法》中国水利出版社
6、《公路桥涵设计规范》人民交通出版社
二、基本资料:
1、Q235钢材的允许应力：[σ]Q235=145Mpa
2、钢材重度：78.5kN/m3、素砼重度：24kN/m3、水重度：γw=10kN/m3
3、封底混凝土C30抗拉强度设计值
4、混凝土与钢的粘结力[τ]=150Kpa
5、原装日本日铁SKSP-Ⅳ型拉森钢板桩参数
宽度B=400mm、高度h=185mm、厚度t=16.1mm、一根桩截面积A=94.2cm2、重量W=76.1kg/m、惯性矩Ix=5300cm4、截面模量Wx=400cm3、每延米桩墙重量W=185kg/m、惯性矩Ix=41600cm4/m、截面模量Wx=2250cm3/m。
三、水土压力计算
1、基本计算数据
6号墩地质柱状图(围堰标高范围内）数据如下：
3.25m～-0.54m为水，天然容重γ0为10KN/m3。
-0.54～-9.64m为淤泥（地质柱状图中为-3.0m，因下面的粉质粘土层作为嵌固端支点位置位于淤泥层以下，故取计算时取淤泥层底标高为-9.64m），淤泥层承载力为40KPa，其内摩擦角1取5°，粘结力c1为10kPa，天然容重γ1为18KN/m3。
-10.3～-14.0m为粉质粘土，内摩擦角2为20°，粘结力c2为20kPa，天然容重γ2为18KN/m3。
2、水压力及土压力计算
2.1土压力系数计算
水土压力计算方法：
河床以下钢板桩深度范围依次为透水性差的淤泥、不透水的粉质粘土层。
依据2008年《注册结构工程师专业考试应试指南》（施岚青主编）P896页，对于渗透性小的土层计算土压力时采用“水土合算”法，即在计算土压力时将地下水位以下的土体重度取为饱和重度，水压力不再单独叠加；对于渗透性大的土层计算土压力时采用“水土分算”法，即在计算土压力时将地下水位以下的土体重度取为浮容重，水压力单独叠加。
淤泥层承载力为40KPa，此淤泥层为不透水层。故淤泥层采用水土合算法计算，粉质粘土层作为钢板桩底部支撑用，不参与土压力计算。
主动土压力系数计算
依据《简明施工计算手册》（第三版）P180页公式4-1b，
Pa=γHtg2(450-EQ)-2ctg(450-EQ)
=γHKa-2c
其中Ka1=tg2(450-EQ)
计算淤泥层主动土压力系数Ka1：
Ka1=tg2(450-EQ)=tg2(450-EQ)=0.84
被动土压力系数计算
依据《简明施工计算手册》（第三版）P184页公式4-7，
Pp=γHtg2(450+EQ)+2ctg(450+EQ)
=γHKp+2c
其中Kp=tg2(45+EQ)
计算淤泥层的被动土压力系数Kp1：
Kp2=tg2(450+EQ)=tg2(450+EQ)=1.19
2.2主动与被动水土压力计算
主动水土压力计算
河床面水压力==10×3.79=37.9KPa
淤泥层主动水土压力计算：
淤泥层采用水土合算法：
淤泥层顶面水土压力=Ka1-2c1=37.9*0.84-2*10*=13.54KPa。
淤泥层底面水土压力=（+）Ka1-2c1
=（37.9+18*9.64）*0.84-2*10*
=165.4KPa。
被动水土压力计算
根据施工工序安排，本钢板桩围堰准备采用水下封底施工，水下混凝土厚度为100cm，水下砼底标高为-2.8m，水下封底混凝土浇筑之前围堰外土体比围堰内土体高8.0m。由于封底砼浇筑围堰内抽水后围堰内无水压力作用，故只需计算围堰内清除覆盖层至封底底面标高时的被动水土压力。
下面对被动水土压力计算如下：
围堰内淤泥层顶面水压力==10*11.3=112.3KPa。
淤泥层被动水土压力计算：
淤泥层采用水土合算法：
-2.8m处淤泥层水土压力
==10*11.3*1.19+2*10*=156.3KPa。
-9.64m淤泥层底面水土压力=
=（10*11.3+18*1.0）*1.19+2*10*
=178KPa
四、钢板桩入土深度计算及基底抗隆起稳定性验算
由于钢板桩底已打入到粉质粘土层6米左右，查阅《桥涵》（2000年版)上册P172页，《板桩尖支撑情况表》，对“密实土，但可能被水扰动，入坑底超过2m”，可按打入到粘土层中50cm处按桩端嵌固计算。既然桩端嵌固，显然钢板桩底的入土深度是能够满足要求的。
对于桩端嵌固的钢板桩，钢板桩底显然是不会发生隆起现象的，故可认为围堰内基底的抗隆稳定性能够满足要求。
五