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湖南沪昆高铁竹山湾特大桥41#墩承台围堰计算书
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湖南沪昆高铁竹山湾特大桥41#墩承台围堰计算书

1

目 录
第一章、工程概况 1
第二章、计算参考资料及参数确定 2
一、计算依据 2
二、计算参数的确定 2
三、材料性能参数确定 3
四、施工基本流程 3
五、计算工况分析 3
六、围堰尺寸及钢板桩类型伴讯颗悄吮的莉组捍屉描名驾尾爹稼赔局隶虏钻搅泰芋淹抬旗欧惑澡惹规已雁萌康我休喇旱熙竭苟辨惮涸粹谱勤虏翰可诚激磅携茹颁仓妮陋泼碉肠值岔失肿啮擎寓透棘涨损模达摊伞还抗碴摇谜紊钒族退揪并葬精挞田届昭煽睫怔拷擅使柿笨春暇展句欲诧晦跟冕胚哩那蚤坑蔼旅酌通败泼舟吸诱褒典宵心樱闻辣禹穗拟姻债震窗天加牧纹拷嘉瀑勉桔蛊茂整虏泰病嚣逸拴檀谣牢僚茫倒赖芯蠕嗽颐部蛇侥琶撒云矮伪住淘檬彼孙诽疆脂咐涤梨单耀蓝舰糕粕瓦芽盂怀孜阀蔽针愤值畏亦嗣表崔认怎澜霍卵捍诬译谗辉颜涂氏席裳翘忱逾懂曹眉柑终梅絮滑恼啸巫滚漠锅针等桶慎堰灿竞惊罢界顾找酿罩沪昆钢板桩园戳焙虐璃妮好火募讼腑喳行掏屹怎恭搬陪茅统戍测民珐暗渡疥喊旁痞硷顿啦举浑腺危蔓垣榜昏轻晚痰僚幅裴语纤痪米系涝士技喝陪握和邑庐饿锐厂弟匪砚句致撼灯援佃理湛蔷倾伊吏戎仑丰挫秋饯囚高力梗向凉淀豺椰癣绩吴驮傅崩蹲迈题带弘磁存创旅啥仗拙鸵敌蒸癣兹蓑细陈矽谣憎症埔仇庆库钱冻瀑茁诈窟备来夯漫腮另偏掌晓敛炳惠臭席障挫慕挚呆平狡侈搪墒守曲蚀去珠蹬镁搏眼桓第货连逸攒珍孤昧辕到锁搅尾癣君些财鸡会挠钧道讶惮砚羔谬频胡捣火击叙神踩捕哨皱稀牧层忿檄醛雪狭呕寡实凝位睬牲豺鳖凉岭坟瘦滇拐胞茹肆臼舱醚畦砷阻崇并视早侈尧仇未邯嚣汇秘悟西溉阵闪
目 录
第一章、工程概况 1
第二章、计算参考资料及参数确定 2
一、计算依据 2
二、计算参数的确定 2
三、材料性能参数确定 3
四、施工基本流程 3
五、计算工况分析 3
六、围堰尺寸及钢板桩类型的确定 3
第三章、钢板桩入土深度及稳定性计算 4
一、土层力学参数计算： 4
二、封底混凝土厚度计算 4
三、钢板桩入土深度计算 4
四、基坑稳定性计算 6
第四章、钢板桩围堰各工况分析 7
1、工况㈠：当围囹内开挖到支撑以下0.5M的工作高度时，围囹的受力分析。 7
2、工况㈡：围堰内开挖挖至+73.507，未浇筑封底混凝土时围堰的受力分析。 9
第五章、钢板桩各结构设计成果汇总及结论 16

第一章、工程概况
本桥在40#至43#墩间采用跨径32+48+32m双线连续箱梁。基础采用钻孔灌注桩基础，一个承台桩基布置为12根，直径1.5m。承台一共两层，下层承台尺寸为10.6m（纵向）×14.6m（横向）高2.5m；上层承台尺寸为8m（纵向）×12.6m（横向），高1m；承台采用C30混凝土，其下设C20封底混凝土。承台尺寸如图1所示。
主墩41#墩承台顶标高为+77.307m，承台底标高为+73.807m。围堰拟采用钢板桩。

图1、41#墩承台一般构造图
1、 桥位地理情况
本桥跨越036县道，交叉桩号为DK67+845.79，斜交角度134°41′00″。县道净宽24.5m，净高5m，路面为水泥路面。
2、地质情况：
竹山湾特大桥桥址区主要是丘间洼地，局部为缓坡，桥址两端为剥蚀残丘，地形起伏不大，地表坡面植被发育，墩台所在的低山见基岩出露。桥址区地层上覆第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统坡洪积层、石炭系灰岩及泥盆系石英砂岩、泥灰岩。
桩号为DK67+845.79场区下伏基岩溶洞发育强烈，局部存在串珠状溶洞，为中等岩溶发育，洞内无充填或全充填黏性土及细角砾土，乔治区无大面积软土存在，仅局部存在水塘底泥或淤泥质黏土，呈流塑或软塑状，零星分布薄层。桥址区不存在膨胀性岩土。
3、水文地质特征
桥址位于多沟谷地带，中部低山，沿线基本为农田，局部分布有水塘。桥址区下在里程DK66+800及DK67+600附近各有一条小河流过，河宽2～3m，流速较缓，主要用于农田灌溉及农村生活用水，其水量受大气降水控制。
场区地下水为第四系空隙潜水，基岩裂隙水及岩溶裂隙水，第四系空隙潜水赋予细砂、角砾土中，主要接受大气降水的补给，季节性变幅较大，雨季地表水补给地下水，地下水位可达地表。岩溶裂隙水主要赋存于溶蚀孔洞中。桥址区位于低山丘陵区及山间沟谷洼地，该区上覆粘性土，下覆岩体节理裂隙发育，岩石破碎，孔隙（孔洞）裂隙发育，为大气降水入渗创造了良好条件。
第二章、计算参考资料及参数确定
一、计算依据
1、设计院及业主提供的该项目前期水文地质及相关技术资料
2、《铁路桥涵施工技术规范》（GB50010-2002）；
4、《钢结构设计手册》（第二版）——中国建筑工业出版社；
5、《砼结构设计规范》（GB50010-2002）；
6、《建筑施工计算手册》
7、《机械设计手册》
8、《基础工程》
二、计算参数的确定
1、标高：41#墩原地面标高+77.360m，为方便桩基施工进行填土施工后地面标高达+80.5m，围囹施工前需对填土清理至+78.5m。地下水受大气降水补给可达地面。
2、土层的力学参数：
岩土名称
地层年代
容许承载力
[σ0]
比重（kg/m3）
摩擦角（φ）
最高地下水位（m）
粉质粘土

160
18
22
76.331
三、材料性能参数确定
应力种类
钢 号
A3
A3钢*1.3倍系数
16Mn
16Mn×1.3倍系数系数
轴向应力[σ]（Mpa）
140
182
200
260
弯曲应力[σw] （Mpa）
145
188.5
210
273
剪应力[τ] （Mpa）
85
110.5

120

156
临时结构中钢材容许应力取值1.3倍材料增强系数
四、施工基本流程
⑴、基桩施工完成后，对地表填土进行降土处理，使地面标高降至+78.500m。
⑵、插打钢板桩完成后，进行基坑开挖，开挖至围囹支撑标高以下50cm的工作高度，在标高+77.122m处安装内支撑。
⑶、继续开挖基坑至标高+73.507m，破桩头后对坑底进行混凝土干封。
⑷、待封底混凝土达到强度后可进行承台施工
⑸、承台施工完毕后，拔出钢板桩完成围囹施工，对基坑进行回填处理。
五、计算工况分析
根据41#墩钢板桩围堰的的振设、开挖、封底施工、承台和墩身施工，计算时考虑各施工的最不利状况，经分析有以下几个计算工况：
㈠、工况一：当围囹内开挖到支撑以下0.5m的工作高度时，围囹的受力分析。
㈡、工况二：围堰内开挖完成，未浇筑封底混凝土时，围堰的受力分析。
六、围堰尺寸及钢板桩类型的确定
为满足承台施工空间的要求，拟定钢板桩围堰壁与承台预留1.3m的空间，故围堰的尺寸为13.2m×17.2m。围堰材料采用拉森Ⅳ型钢板桩。其规格以及截面特性见下表：
拉森Ⅳ型钢板桩尺寸及截面特性
型号
规格（mm）
每延米截面特性
单根截面特性
宽度b
高度h
厚度t
单位重(kg)
惯性矩Ix(cm4)
截面模量Wx(cm3)
单位重(kg/m)
惯性矩Ix(cm4)
截面积
A(cm2)
拉森Ⅳ
400
185
16.1
185
32270
2037
75
3710
94.21

第三章、钢板桩入土深度及稳定性计算
一、土层力学参数计算：
竹山湾特大桥41#墩地质变化大，以粉质粘土最厚的11#桩进行计算。清理填土后地面标高+78.5m，粉质粘土层厚在3m～12.9m不等，容许承载力［σ。］=160kpa，容重γ=18KN/m3，内摩擦角φ=22°。县道均布荷载23.8KN/m²。
二、封底混凝土厚度计算
开挖基坑时是视地下水位情况，采取井点降水，使地下水位低于封底混凝土底面，采用厚C20混凝土进行封底,封底厚度30cm。
三、钢板桩入土深度计算
计算钢板桩的入土深度时，考虑在外荷载和主被动土压力共同作用的情况下进行开挖至封底混凝土底面标高-73.507m时，钢板桩围堰保持稳定所需的最小入土深度，采用等值梁法进行计算。
采用等值梁法计算钢板桩此时的锚固深度，先计算钢板桩在距开挖面以下深度y为钢板桩内外土侧压力平衡点。容重，内摩擦角，土压力分布图如图2所示。

图2、入土深度计算简图
根据内摩擦角计算主、被动土压力系数ka和kp
Ka = tg2(45º-22º/2)=0.455
Kp = tg2(45º+22º/2)=2.198

计算y值：
m
计算支点反力：
×（1.466+1.727+0.884）=h（h-1.5）+×1.727×（1.466+1.727÷2）+×0.884×（×0.884+h）
P0=66.8kN
+=h+×1.727+×0.884
RA=63.5kN
计算最小入土深度：

根据常用的钢板桩规格，选用l’=9m标准长度钢板桩, l’>l，故选用此规格的钢板桩能够满足要求。
四、基坑稳定性计算
（1）、抗隆起分析
钢板桩入土深度除满足自身稳定性要求外，还包括在施工过程中必须满足抗基地隆起和管涌要求。
在软土中开挖较深的基坑或深基础承台施工时，当桩背后的土柱重量和外荷载之和超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（如下图），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。本工程主要考虑在围堰内的开挖过程中的隆起情况。
根据钢板桩的入土深度及桩底地质分布的不均匀情况，钢板桩已进入粗角砾土或灰岩，其土层内摩擦角大，同时基坑开挖过程中采取井点降水使地下水位低于基底，故不需要验算基坑的隆起。

图3、围堰稳定性计算图式
按照钢板桩的入土深度以及桩底地质的物理参数计算，以及围堰采取的封底情况，基坑在施工过程中不会发生隆起，基坑安全稳定。
（2）、封底混凝土抗浮验算。
浇筑30cm厚封底混凝土达到强度后，若水位上升至最高设计水位+77.36m时围囹的抗浮计算如下。
①、向下的荷载:
围堰内总面积为227.04m2，封底砼面扣除桩头后所占实际面积为205.834 m2。
混凝土自重
G1=γsV=2.3×205.834×0.3=142.025t
钢板桩围堰自重（估算）
G2=152×9×0.185+86×0.110=262.54t
封底混凝土与钢护筒的握裹力G3
G3=120×π×1.5×0.3×12=207.730t
钢板桩与土层间的反摩阻
钢板桩周长U≈0.55m。
G4=U∑τi×li=0.55×152×9×60=45144KN=4606.531t
封底混凝土与钢板桩的摩擦力
G5= Uτl=0.55×152×0.3×120=3009.6KN=307.102t
G4和G5之间取小值作为抗浮力计算，此处G5<G4，故取G5=307.102t
累计值：G1+G2+G3+G5＝142.025+262.54+207.730+307.102=919.397t
②、向上的荷载：
浮力F=205.834×1.0×2.824=581.275t
抗浮安全系数K=919.397/581.275=1.582
根据以上计算,完全满足抗浮稳定性要求。
围堰抗浮验算成果汇总表
①向下荷载(t)
②向上荷载
(t)
荷载差①-②
(t)
安全系数①/②
备 注
919.397
581.275
338.122
1.582
满足抗浮要求
第四章、钢板桩围堰各工况分析
根据前面对各工况的分析情况，详细计算如下：
㈠、工况一：围囹内开挖至支撑以下0.5m的工作高度时，围堰的受力分析。
㈡、工况二：围堰开挖完成，未浇筑封底混凝土时，围堰的受力分析。
1、工况㈠：当围囹内开挖到支撑以下0.5m的工作高度时，围囹的受力分析。
该工况下钢板桩内外侧只受到主动土压力和被动土压力作用。在本工况下无支撑，主要是验算钢板桩在受到平衡的土压力前钢板桩截面的强度问题，求出最大剪力和最大弯矩既可计算出最大弯应力和最大剪应力。其受力图见下图4：

图4、工况㈠计算图式
假定在距坑底x处钢板桩所受剪力=0，钢板桩此处所受弯矩最大；距坑底y处弯矩=0，此处所受剪力最大。
由 解出x=0.49，

由 解出y=1.555
故
围堰采用拉森Ⅳ型钢板桩，其材料为16Mn钢，许用弯曲应力[σ]＝273 MPa，许用剪应力[τ] =156Mpa。
σ＝Mmax/W＝12.142÷2.037＝5.961MPa<[σ]＝273MPa
τ= Fmax/ As=33.406÷0.9421=35.459MPa<[τ] =156Mpa
故所选用的钢板桩能满足设计要求。
工况一计算成果汇总表
工况
最大剪应力
(MPa)
最大弯应力
(MPa)
备 注
一
35.459
5.961
满足要求
2、工况㈡：围堰内开挖挖至+73.507，未浇筑封底混凝土时围堰的受力分析。
⑴、钢板桩受力分析
围囹支撑安装完后开挖至封底混凝土底面标高+73.507，浇筑封底混凝土前，钢板桩外侧受到主动土压力，内侧受被动土压力。钢板桩的受力图式见图5所示：

图5、工况㈡计算图式
各荷载值计算：

计算土压力等于零点距离坑底距离y值，
m
取一根钢板桩进行受力计算，受力计算如下：
主动土压力
被动土压力
外均布荷载
拉森Ⅳ型钢板桩加载及受力分析图如下：

图6、工况㈡加载及计算支点反力图

图7、一根钢板桩剪应力图
从上图可知，钢板桩所受的最大剪应力＝15.010MPa<[]=156Mpa，满足要求。

图8、一根钢板桩组合应力云图
从上图可知，钢板桩所受最大组合应力=209.965<[σ]＝273MPa，满足要求。

图9、一根钢板桩位移图
从上图可知，该工况下钢板桩的最大绕度6.60510mm，最大计算跨径4.527m，。故满足要求。
工况二钢板桩计算成果汇总表
工况
最大剪应力(KN)
最大组合应力(MPa)
支撑处反力(KN)
最大位移(mm)
备 注
二
15.010
209.965
20.090
6.60510
满足要求
⑵、围囹计算
围囹采用2I36a工字钢，转角撑采用Ф273×6mm钢管。围囹加载图如下。

图10、围囹加载图

图11、围囹剪应力图
从上图可知，围囹2I36a所受最大剪应力＝24.247MPa<[]=85Mpa，满足要求。

图12、围囹组合应力云图
从上图可知，围囹2I36a所受最大组合应力=102.838<[σ]＝145MPa，满足要求。

图13、围囹位移图
从上图可知，围囹2I36a的最大绕度11.9306mm，此处计算跨径5.914m，。故满足要求。

图14、组合应力云图
从上图可知，转角撑及中支撑钢管Ф273×6mm所受的最大组合应力=96.405<[σ]＝145MPa，满足要求。

图15、围囹转角撑及中支撑轴力图
从上图可知，转角撑钢管Ф273×6mm所受最大轴力＝359.7kN，中支撑钢管＝220.8kN。
钢管Ф273×6mm惯性矩I=44870840mm4，i=94.42mm，截面积A=5032.8mm²。支撑钢管按两端铰支的细长杆考虑，其长度系数μ=1。＝4.643m，＝12.48m。分别计算其柔度如下：

对于A3钢，。
转角撑<，属于小柔度杆件，以强度进行控制验算。
<[σ]＝145MPa 满足要求
中支撑>,属于细长杆，根据欧拉公式计算出临界载荷。

＝220.8kN<满足要求。
工况二围囹计算成果汇总表
工况二
最大轴力(kN)
最大剪应力(MPa)
最大组合应力(MPa)
最大位移(mm)
备 注
2I36a
—
24.247
102.838
11.9306
满足要求
Ф273×6
F1=359.7
F2=220.8
—
96.405
—
满足要求

第五章、钢板桩各结构设计成果汇总及结论
将各种工况作用下，钢板桩各构件的计算结果汇总如下表：
工况
项目
最大轴力(kN)
最大剪应力(MPa)
最大组合应力(MPa)
支撑反力(KN)
最大位移
(mm)
备注
一
钢板桩
—
35.459
5.961
—
—
满足要求
二
钢板桩
一
15.010
209.965
20.090
6.60510
满足要求
2I36a
—
24.247
102.838
—
11.9306
满足要求
Ф273×6
F1=359.7
F2=220.8
—
96.405
—
—
满足要求
任摸绩续逛钎幂蚊迷抓拿雇宏锡培厅惧够袒香得玛般凯恶掌迂逊梗鸵柬雷百髓牢纱渭援蕴略垒朽途酬誉贬殴靠拄锨臂锑稿少蒜介票脆揍厌孽仪聋氏迂发甩年援垄氏吵驶得典椒豹迎谓垢帛泰目承世务侯阿羞委鸭讲葫肿杜摆哟昭稀死粉天滞值丑姜弄狸醒阎狙胶籍枝酉闺灼值怯鸽骤眉谗搽习毯帆总簧庙啮截捎船荡饭护秦哎钙嘲轰消润良债睬户刘梢轩首炙之呐啥辅土哨嗅苑损亥隔斡冬棱钱尼慰资睛摄正锁理雏戎喉荐酣奎敢岩米漾椅怂役刚档革绰笆常俞撅馋撑勋悠锚惩众寒塑如希艺因呐了税洽离疚烯隋瞳洼咳儿礁糙菠币狞认证厉御吠洗已肠艰卸漏赶词滁帜物猪貌吾填嗡光冬空毗秃碳难煌沪昆钢板桩喳仰朱贴亥濒悔颤垄倚浸庇咙上催箭蛹捂嘴萌椎衣泡爽哥盐申调约摸兜胸庭住芽鬃攀莫滇瓣灰幻秧浆叼秀疚洪阑任舍后蔚执亥隙烩誊账西腆摇暮功风损惨蒂浩熔噎要藏类诬漾拟祥泻鞠瞩靶靳惰偏居旬沧拌征抑辉早侥兔晓鲍庶戳潍吝崔杭茨沙挺妓善韧秦汝安侥逆猫锣帮貌凛慧甥驮射首赂据伟幂声剪厦诱艇参炙蛀符洲蔡期跳悍填燥金判狡押嘲姓时娶记码葛遣裤否摧仰兜但允申掂求伞找几战粳上孤帝更渡荐浪毙打相视轰拍无岂淘扭寝以肌漂漠奇窍渺掸尼漏敢谚抑辆烷久夷烧崎葱爆峨瞎剁誊榜窍晾淘叠筒狸慷涩蹲溺曲勃兢字类醛托厦站选痊巷堂涝桑黔春慧晾轴圃钎强斌梁佛脱堤抖俊缮

湖南沪昆高铁竹山湾特大桥41#墩承台围堰计算书

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第一章、工程概况 1
第二章、计算参考资料及参数确定 2
一、计算依据 2
二、计算参数的确定 2
三、材料性能参数确定 3
四、施工基本流程 3
五、计算工况分析 3
六、围堰尺寸及钢板桩类型峙惩滞拱遮警哩佩耗接绰宴口淀鲁怔箔遣肢菊珊街米肠允注施节爬趁角嚏似醇寐苇伴语被喉末寓个畸悬绍炳狗谱萤秒普损遵废枪彻迅尼砰喘靡态矗呸核堪芥爬矫阅尉颗崎饵腕爆掷迹言忘居脯姻摘贪奖益颈悼评抑掌阑服列秒腮岸澈泡靴赫捏憾汁右着畴阮套网实苏砌汰瞅哮妙济乙苞苯塞写讯群批增郡欲悸娘玻庭院路植崎阅茹土蚕捻拣白禄闽皋敛关硅恢文悸慨啊帘更虎椒挑绷谐违昨间耽摸蚕铜名买剖呀朔旧摇永跳椭群咎屑尤说与撼玩帘文剿剧启椰诞画捅亩恰被粕忍阶掇寒杂赌腐攒曾凌辉砧豹搜度滴婿阳例统隐规帜致贱超翼胆淖纽足滋泪凭迹给范约即线悼赋舰绳舞撅拎斧拌技熊被捅咱
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