1、富順沱江三橋2#墩鋼圍堰檢算報告一、工程概況富順縣沱江三橋是S305線富順縣城過境段改（擴）建工程中跨越沱江的一座獨立橋梁，橋梁位于晨光二廠上游約200m，線路全長0.9975km，設計范圍：（K8+492.5K9+490）。橋跨結構為1×20m預制簡支箱梁+（73+130+73）懸臂現澆連續箱梁+18×20m預制箱梁，橋面全寬26.5米，汽車荷載：公路I級，人群荷載：3.0kN/m2，設計洪水頻率：1/100，通航等級：IV-(3)。橋梁總體布置如圖1所示：圖 1 富順縣沱江三橋總體布置圖沱江三橋橋梁2#、3#主墩位于河床中，承臺嵌入河床強風化巖層0.6m4m。河床表面只

2、有0.5m左右的卵石覆蓋層，河床地質為強風化粉質砂巖。沱江枯水季節流速平緩流速為0.3m/s。3#墩承臺水深達到8m，2#墩水深在514米之間。2#墩因承臺所處的河床地形陡峭，縱橋向承臺邊緣的原河床底面標高高差達到8m，鉆孔樁平臺若采用鋼結構平臺進行施工，需要進行水下爆破，河床清理平整后才能開始鋼結構平臺及后續的承臺鋼套箱施工。此方案施工時間周期較長，投入大型設備較多，施工進出場極為不便；而且辦理相關特殊施工許可周期較長，無法保證在洪水來之前完成水下結構物的施工，從而影響整個工期。通過現場勘查，經過綜合考慮并結合設計方的方案，確定水中墩的施工方案如下：1）、鉆孔樁施工平臺都采用筑島圍堰，以減少

3、施工難度及工程造價。2）、2#墩因邊坡驗算穩定性不夠采用鋼板樁圍堰支護施工。3）、3#墩因填筑的材料透水性較強，直接在筑島圍堰區內明挖深基坑施工安全風險較大，3#墩采用鋼板樁支護施工。4）、因承臺嵌入巖層為強風化及中風化粉砂質泥巖較硬，尤其是2#墩小里程側有夾砂巖構造，巖層硬度達到30MPa以上，在進行承臺石方開挖時需要進行爆破施工。對2#墩3#墩鋼板樁圍堰受力進行分析，2#墩鋼板樁圍堰更不利。下面對2#墩鋼板樁圍堰進行計算。二、2#墩承臺鋼板樁圍堰施工設計圖 2 2#墩承臺施工布置圖為便于安裝承臺模板，考慮承臺輪廓尺寸按每邊大1.5m進行，用C20砼封底，厚度根據水深按1m1.5m考慮，用型

4、鋼作圍檁及支撐。鋼板樁頂標高比筑島圍堰面高1米考慮，底標高比封底混凝土底面低2m以上考慮。設計鋼板樁圍堰需要計算鋼板樁橫截面、最小入土深度、支撐結構及間距、鋼板樁平面尺寸等，鋼板樁受力除土壓、水壓等外力，還與支撐受力有關。為方便鋼板樁通常取1米寬作簡化計算，計算時不考慮鋼板樁之間的摩擦力。由于基坑底在水面以下較深，為了減小鋼板樁的彎矩須設置多層支撐，根據土質、坑深、支撐結構桿件強度、最小入土深度以及施工需要等因素，圍堰鋼板樁長度為15m。圍堰內用型鋼HW450*300作為內支撐，以留出墩身施工空間，桁架四周設作為導環。鋼板樁采用SP-U400*170型拉森IV型鋼板樁，鋼板樁圍堰內圍檁采用H型

5、鋼雙拼HW450*300，縱向、橫向采用600*8mm的鋼管作為支撐，具體見圖。鋼板樁圍堰結構形式如下圖所示：圖 3 2#墩鋼板樁圍堰施工總布置圖三、計算依據鋼結構設計規范(GB50017-2003)簡明深基坑工程設計施工手冊建筑樁基礎規范(JGJ94-2008)簡明施工計算手冊公路橋涵設計通用規范(JTG D60-2004)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62-2004)富順縣沱江三橋施工圖設計富順縣沱江三橋地質勘測報告27四、富順縣沱江三橋2#墩鋼板樁圍堰檢算4.1 基本參數1）鋼板柱截面特性表 1 鋼板樁截面參數特性值表鋼板樁型號單根鋼板樁每延米鋼板樁寬側厚壁厚面積慣

6、性矩截面矩BHtAIXZXmmmmmmcm2/mcm4/mcm3/mSP-U40017040017015.5242.53860022702）地質資料根據地質勘察報告，2#墩地質資料及土層參數分別如表2。表 2 2#墩土層參數表土層名稱層頂標高層底標高容重（kN/m3）內摩擦角（°）粘聚力（kPa）風化頁巖土夾粘土262.00253.0019.415254.2計算方法通過有限元軟件Midas建立鋼板樁圍堰整體模型，分析工況根據施工步驟確定，每次加內支撐前都是最危險工況，根據土的深度施加土壓力和水壓力，鋼板 樁插入土中后，相當于嵌固在土中，嵌固深度取鋼板樁法向抗彎高度的1.5倍，鋼板樁與

7、圈梁通過在牛腿處焊接，相當于固接。由此計算出鋼板樁和圈梁的最大應力以及彎矩和位移等，判斷是否滿足要求。鋼板樁主動土壓力和被動土壓力修系數如表3所示。本文計算作出如下假設：1.假設計算時取1m寬單位寬度鋼板樁；2.因土處于飽和水狀態，為簡化計算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力（c=0）；3.彎矩為零的位置約束設置為鉸接，故等值梁相當于一個簡支梁，方便計算；4.假設鋼板樁在封底砼面以下0.5m處固結，在MIDAS中限制全部約束；5.本工程土壓力計算采用不考慮水滲流效應的水土分算法，即鋼板樁承受孔隙水壓力、有效主動土壓力及有效被動土壓力。表 3 2#橋墩主、被動土壓力系數及被動土壓力修正系數土層名稱K

8、aKp風化頁巖土夾粘土0.5890.7671.6981.3034.3 施工步驟(1)通過靜壓植樁機配重，將鋼板樁壓入土中； (2)挖除圍堰內的土石方至第一道圍堰下0.5m，安裝鋼板樁圍堰頂層即第一道內支撐梁；(3)繼續挖除承臺土石方至第二道圍堰下0.5m，安裝鋼板樁圍堰第二道內支撐梁； (4)繼續挖除承臺土石方至第三道圍堰下0.5m，安裝第三道內支撐梁；(5)在圍堰內開挖至承臺底，澆素混凝土墊層； (6)鑿除樁頭，并拆除第三道支撐，安裝承臺鋼筋，立模板，灌注承臺混凝土； (7) 拆除承臺模板，回填基坑土方,拆除第二道內支撐，進行墩身施工；(8) 墩身出水面后，拆除第一道內支撐，拔除鋼板樁，清除

9、河道中施工廢物。 4.4 計算結果按照最不利受力將計算分為下列四種工況：工況一：開挖至第一層圍囹位置下0.5m，還未安裝第二層圍囹時，如圖；工況二：開挖至第二層圍囹位置下0.5m，還未安裝第二層圍囹時，如圖；工況三：開挖至第三層圍囹位置下0.5m，還未安裝第三層圍囹時，如圖；工況四：三道圍囹都已經安裝上，開挖值封底混凝土底面時，如圖；4.4.1 鋼板樁初步驗算工況一計算簡圖工況二計算簡圖工況三計算簡圖工況四計算簡圖工況1：開挖至第一層圍囹位置下0.5m，還未安裝第一層圍囹時。此時，開挖面在鋼板樁頂下2.5m處。取1.5倍鋼板樁開口長度處為固定端，即鋼板樁計算長度為2.5+1.5×0.

10、388=3.08m計算主動土壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：11.51×0.388=4.46kN/m計算水壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：6.8×0.388=2.72 kN/m (2) 計算模型圖 4 鋼板樁工況一有限元模型圖 5 鋼板樁工況一荷載施加模型圖圖 6 鋼板樁工況一彎矩圖圖 7 鋼板樁工況一組合最大應力圖由上圖可知，鋼板柱最大的彎矩為2.16，最大應力3.76Mpa，滿足要求。工況2：開挖至第二層圍囹位置下0.5m，還未安裝第二層圍囹時。此時，開挖面在鋼板樁頂下6.5m處。取1.5倍鋼板樁開口長度處為固定端，即鋼板樁計算長度為6.5+

11、1.5×0.388=7.08m計算主動土壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：33.65×0.388=13.46 kN/m計算水壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：46.8×0.388=18.72 kN/m (2) 計算結果圖 8 鋼板樁工況二有限元模型圖 9 鋼板樁工況二荷載施加模型圖圖 10 鋼板樁工況二彎矩圖圖 11 鋼板樁工況二組合最大應力圖圖 12 鋼板樁工況二組合變形圖圖 13 工況三圍囹彎矩圖圖 14 工況三圍囹軸力圖圖 15 工況二圍囹應力圖圖 16 工況二圍囹變形圖圖 17 工況二鋼板樁彎矩圖圖 18 工況二鋼板樁應力圖圖 19

12、 工況二鋼板樁變形圖由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為39.48，最大的應力為75.64MPa，最大位移2.95mm。圍囹最大的彎矩為176.23，最大的軸力為270.48kN，最大的應力為37.81MPa，最大位移2.66mm。滿足要求。工況3：開挖至第三層圍囹位置下0.5m，還未安裝第三層圍囹時。此時，開挖面在鋼板樁頂下9.32m處。取1.5倍鋼板樁開口長度處為固定端，即鋼板樁計算長度為9.32+1.5×0.388=9.9m計算主動土壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：49.26×0.388=19.70 kN/m計算水壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：

13、75×0.388=30 kN/m (2) 計算結果圖 20 鋼板樁工況三有限元模型圖 21 鋼板樁工況三荷載施加模型圖圖 22 鋼板樁工況三彎矩圖圖 23 鋼板樁工況三組合最大應力圖圖 24 鋼板樁工況三組合變形圖圖 25 工況三圍囹彎矩圖圖 26 工況三圍囹軸力圖圖 27 工況三圍囹應力圖圖 28 工況三圍囹變形圖圖 29 工況三鋼板樁彎矩圖圖 30 工況三鋼板樁應力圖圖 31 工況三鋼板樁位移圖由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為86.2，最大的應力為151.02MPa，最大位移7.48mm。其中第二道圍囹最大的彎矩為827.84，最大的軸力為1268.5kN，最大的應力為177.45

14、MPa，最大位移6.67mm。工況4：三道圍囹都已經安裝上，開挖值封底混凝土底面。此時，開挖面在鋼板樁頂下10.32m處。已經開挖到基巖面，即去開挖高度處為固定端。計算主動土壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：54.79×0.388=21.92 kN/m計算水壓力每延米為：，每根鋼板樁受到的主動土壓力為：85×0.388=34 kN/m (2) 計算結果圖 32 鋼板樁工況四有限元模型圖 33 鋼板樁工況四荷載施加模型圖圖 34 鋼板樁工況四彎矩圖圖 35 鋼板樁工況四組合最大應力圖圖 36 鋼板樁工況二組合變形圖圖 37 鋼板樁工況四圍囹彎矩圖圖 38 鋼板樁工

15、況四圍囹軸力圖圖 39 鋼板樁工況四圍囹應力圖圖 40 鋼板樁工況四圍囹變形圖圖 41 工況四鋼板樁彎矩圖圖 42 工況四鋼板樁應力圖圖 43 工況四鋼板樁應力圖由上圖可知，鋼板樁最大的彎矩為90.86，最大的應力為159.2MPa，最大位移8.52mm。滿足要求。圍囹最大彎矩為977.0，最大軸力為1479.7kN，最大應力為208.6MPa，位置在第二道圍囹牛腿處，最大位移7.72mm。結果匯總：工況鋼板樁圍囹工況一滿足要求滿足要求工況二滿足要求滿足要求工況三滿足要求滿足要求工況四滿足要求滿足要求牛腿處的應力較大，最大應力值趨近Q235屈服強度，需要將與牛腿相連的地方進行加強。2.穩定性驗

16、算由以上計算結果可知，600×8mm鋼管最大軸力1479.7kN。 回轉半徑：=20.8cm長細比：由此查穩定系數表得結論：第二道內撐圈梁和鋼管的應力滿足要求，鋼管的穩定性滿足要求。4.4.4 圍堰整體抗浮驗算封底砼采用C20，施工厚度為1.0m，施工考慮砼底存在“夾泥”及頂面浮漿的因素，計算厚度取0.9m，圍堰尺寸：27.2 m×15.0m；水下C20混凝土設計值ftd=1.10Mpa，考慮為施工階段混凝土的允許彎拉應力取1.5倍安全系數，則=0.73 (MPa)，樁基鋼護筒外徑為2.4m，共12根；鋼與混凝土粘結力：一般取100-200kN/m2，這里取150 kN/m

17、2；混凝土容重：22.5kN/m3；封底混凝土體積： 封底混凝土自重：護筒粘結力：鋼板樁與封底混凝土的粘結力：封底混凝土底面受水浮力：根據地鐵設計規范中規定抗浮安全系數不小于1.05，此處抗浮系數結論：圍堰整體抗浮滿足要求。4.4.5 基坑底土抗隆起驗算在工況二下圍堰內清淤至252.68m時，須驗算坑底的承載力，如承載力不足，將導致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起計算參照Prandtl（普朗德爾）和Terzaghi（太沙基）的地基承載力公式，并將樁墻底面的平面作為極限承載力的基準面，承載力安全系數的驗算公式如下： 式中Nq、Nc -按Prandtl公式時， ；c-土的粘聚力(kPa)； -土的內

18、摩擦角（°）；-土的重度(kN/m3)； t-支護結構入土深度(m);h-基坑開挖深度(m); q-地面荷載(kPa)。圖 44 基底抗隆起計算模式簡圖對于工況三進行驗算：、c按鋼板樁入土深度范圍內的加權平均值計算：則:結論：基坑底土滿足抗隆起穩定性要求。4.4.6基坑底管涌驗算不產生管涌的安全條件為: ,故不會發生基坑底管涌。式中：抗基坑底管涌安全系數；水容重，=10 KN/m3土的浮容重， 水力梯, 最大滲流力（動水壓力），水位至坑底的距離，鋼板樁的入土深度，4.4.7封底砼厚度計算封底砼取x米厚，基坑內抽水后水頭差為，由此引起水的滲流，其最短流程為緊靠板樁的，故在此流程中，水對土粒滲透的力，其方向應是垂直向上。現