钢板桩围堰计算

钢板桩围堰计算本承台全部位于水下，该承台长31.3米，宽8.6米，高度为3.5米，为方便施工采用钢板桩围堰；根据各部位标高及现场实际情况，现拟对该承台施工所用钢板桩围堰进行验算，围堰为矩形单壁钢板桩围堰，采用钢管桩做定位桩，用型钢连接作为纵横向支撑。钢板桩采用拉森Ⅲ型钢板桩，钢板桩围堰采用的尺寸为33.3m×10.6m的单承台围堰方案（考虑作业空间）。1、计算取值（1）现有水位为+4.5m；计算时按照常水位以上一米取值，即水位取+5.5米；淤泥厚度为h2=2.0m，水深为6.0m，水头高度h1=5.5m。h3为钢板桩入土深度。（2）淤泥力学参数根据含水量情况取值，内摩擦角θ=500，粘聚力c=0kpa，容重r2=16.5kN/m3。（3）淤泥质亚粘土力学参数根据含水量及孔隙比情况取值，，内摩擦角θ=200，粘聚力c=20kpa，容重r2=18.5kN/m3。（4）围堰分五层支撑，标高分别为+0.25m、+1.05m、+1.85m、+2.65m、+3.45m。开挖底标高为±0。（5）钢板桩采用拉森Ⅲ型钢板桩截面尺寸（mm）每米长钢板桩参数力学性能宽高壁厚截面积（m2/m）重量（kg/m）截面模量（cm3/m）[δ]Mpa400123.514.50.4621363200（6）型钢采用A3钢材允许应力[δ]=140Mpa；钢板桩允许应力[δ]=200Mpa。（7）设计流水速率V=2.61m/s。水流冲击力p=0.8Aγv2/2gh上式中A-阻水面积γ-水容重，取10KN/m3v-水流速度g-重力加速度，取9.8m/sh-水深，单位为米。p=0.8Aγv2/2gh=0.8×10.6×6×10×2.612/2×9.8×6=29.47kN/m2、静水压力计算现有水位标高+4.5承台底标高0淤泥淤泥质亚粘土钢板桩底标高河水+4.25+3.45+2.65+1.85+1.05型钢支撑中心标高水压力计算简图±0m处的静水压力p=rwh=10×5.5=55kN/m2取一米进行计算±0m处的总压力P=1.25(P净水+P动水)=1.25×（29.47+55）=105.59kN/m安全系数1.25。3、按简支连续梁计算内力和弯矩，受力形式及弯矩如下图所示：弯矩图示：15.4KNm0,80,80,80,81.05内力计算图示：105.59KN81.59KN70.07KN4、钢板桩应力验算由受力图可知：钢板桩最大弯矩在基底部位，其值由结构力学力矩分配计算得：Mmax=15.4kN/mδmax=Mmax/W=15.4kN/1363cm3=11.3Mpa＜[δ]=200Mpa满足要求5、钢板桩入土深度计算（1）按照基底不产生涌水计算入土深度钢板桩顶标高+5.5m，水头高差h1=4.5m，入土深度h3=x；最短渗流途经如图。现有水位标高+4.5承台底标高0淤泥淤泥质亚粘土钢板桩底标高河水水压力土压力不产生涌水的条件为：K·i·γw≤γb上式中K为安全系数取1.8i为水力梯度i=h1/（h1+x）γw为水的容重取9.8KN/m3γb为土的浮容重取（18.5-9.8）KN/m3K·i·γw≤γb1.8×4.5/（4.5+x）×9.8≤8.7X≥4.62m即当钢板桩埋入土层以下不小于4.62m；实际施工时取4.7m。（2）按照基底土体侧向稳定性土压力，水压力及被动土压力分布如下图所示：现有水位标高+4.5承台底标高0淤泥钢板桩底标高河水水压力土压力CR'对基底C点取力矩平衡有：[rb（Kp-Ka）/2]×h3×2h3/3=（rwh1/2）×h1/3+Ka’×h2/6式中γw为水的容重取9.8KN/m3γb为土的浮容重取（18.5-9.8）KN/m3γ’为淤泥土的浮容重其值为16.5KN/m3Ka=tg2（450-200/2）=0.49主动土压力系数Kp=tg2（450+200/2）=2.04被动土压力系数Ka’=tg2（450-500/2）=0.84淤泥土主动土压力系数h1水头高度，等于4.5米。h2=2.0m为淤泥厚度，h3钢板桩入土深度。计算得：h3=2.72m综合以上两种安全条件取h3≥4.62m，钢板桩总长H=4.62+7.5=12.12m。6、型钢支撑内力计算（1）I56a工字钢支撑验算由结构形式可以知道：第五层支撑为本结构受力最为不利，故只验算该断面强度。支撑反力P5=[(70.07+81.59)/4]×0.8+(81.59+105.59)×0.8/4=30.33+37.44=67.77KN取安全系数1.2。所以支撑力为P=1.2×67.77=81.324KN对第五层型钢支撑进行验算，该支撑采用单根I56a工字钢，最大跨度为5.3米；按连续梁两端固结计算最大弯矩；其截面尺寸和参数由《桥涵》手册得：惯性矩I=65585.6cm4，W=2342.31cm3。弯矩：M=qL2/12=81.324×5.32÷12=190.37KNδmax=Mmax/W=190.37KN÷2342.31cm3=81.27Mpa＜[δ]=140Mpa满足要求（2）[40槽钢支撑验算按受最大轴力计算，取第五层槽钢支撑进行验算，轴向受力P,两根[40槽钢支撑长度5.3米，截面面积A=0.015㎡，回转半径r=15.3cm，约束形式u=1。P=0.5×105.59×4.78+0.5×81.59×4.78=447.36KN长细比λ=uL/r=5.3/0.153=34.64查表得：纵向弯曲系数∮=0.922稳定性δ=P/A=447.36KN÷0.015㎡=29.8Mpa＜[δ]=0.922×140=129.1Mpa满足稳定性要求