某大桥钢板桩围堰、支撑及地基检算

长江大桥北岸引桥31#墩位于老鱼塘中，围堰时水位标高为20.6m，承台底设计标高为16.95，围堰顶面标高为21.6m，承台尺寸为：14.4m×9.6m×2.5m。桩基为9υ1.25m三排钻孔桩。地质从围堰顶下依次为：0～2.5m为围堰填土，2.5m～9.5m为流塑状淤泥，9.5～24.5m为黏土，24.5～30m为圆砾土，30m以下为砂岩。

（详见北岸引桥31＃墩钢板桩支护立面图）

围堰的平面结构形式采用矩形，高度为20m（检算埋深后计算得，计算单附后）。围堰尺寸为：18.4m×13.6m。围堰内部设置H型钢矩形支撑（加设角撑）。

围堰顶面21.60拉森Ⅴ型钢板桩长12m围堰顶面围堰填土水位线20.60115700×300H型钢围檩间距1.5m围堰填土淤 泥承台底16.95淤 泥1.0m厚C25混凝土封底淤 泥粘 土附注：1、本图尺寸除注明外均以厘米计；2、本墩号位处老鱼塘中，加之河床底淤泥深度达7m左右，为流塑状；围堰施工时当地不许抽水，水中填土高度在1.5-2m，基坑开挖深度在6m左右，钢板桩采用12m的拉森Ⅴ型，埋深6m。为了保证钢板桩的整体稳定，基坑上口设钢围檩加强支撑。由于基底以下4m左右仍为淤泥，为了保证基坑底稳定，基底以下1.0m采用C25混凝土封底。

150开挖深度5.65m150150拉森Ⅴ型钢板桩380870380开挖边线钢围檩700×300H型钢400承台边线钢围檩700×300H型钢18404001360350

1、基坑底稳定性检算

根据地质情况判断：承台底地质土层为7m厚流塑状淤泥，再下为9.5m厚粘土,不考虑淤泥承载。如下图所示：

qAWCθxOBx6.35C

钢板桩深入淤泥底面6.35m，即：围堰底口标高为9.6m，位于粘土层。转动力矩：M??W?x/2?(q??h)x?x/2

q为上部荷载，该检算上部荷载q取值为0 即：M??γh?x/2 稳定力矩：M????x

τ为地基土不排水剪切的抗剪强度，τ＝σtgυ+c 均匀土层，τ＝c

则：抗隆起安全系数K＝M?/ M? 当K≥1.2时 地基土稳定

22??xγh?x/2 即：K=/

22γ为土的重度，18KN/m3

h为水位至基坑底高差，31＃墩根据计算h＝20.6-15.95＝4.65m。

根据设计钻探提供资料，基坑土为粘性土，粘聚力c取值20KN/m2。 则K＝（2×π×20）/（18×4.65）＝1.5＞1.2 符合要求。 2、根据板桩受力检算最小埋深

采用盾恩近似法，经简化的土压力分布如下图所示：

假定主动土压力在地面上为三角形分布，入土（开挖面下）为矩形分布，并假定RD的一半传到坑下，由被动土压力承担，则由图中（如下图）几何关系可得：1/2DFIM=EMN

A1.15mB1.5mC1.5mRD1.5mDL4FEGNRXMIB钢板桩H

?Ka?H(l4?x)/2??(Kp?ka)?x?x/2

简约后的公式为：

Ka?H(l4?x)/2?(Kp?ka)?x?x/2

L4＝4.85m（按基坑开挖至灰土换填底面时最不利状况考虑） H＝9m Ka＝0.53 Kp＝1.89（计算得） 则代入公式有：0.53×9×（4.85+x）＝（1.89-0.53）x2 1.36x2-6.17x-15.44＝0 解得x＝5.02m

只要埋深达到5.02m，则满足钢板桩受力要求，该方案中对x取值6.35m。 3、基坑底管涌验算

地表与基底水头差h＝21.6-15.95＝4.65m 钢板桩埋入基底深度为t＝6.35m 基底下的土的有效重度为?土

-?水

＝18KN/m3-10KN/m3＝8KN/m3

土

要避免出现管涌现象，需要?1＝? K为抗管涌安全系数

-?水

≥K×j

当K≥1.5 即不会发生管涌 j为最大渗流力（动水压力） j＝i×?w

i为水头梯度 即 i＝h/（h+2t） ?w为地下水的重度，取值10KN/m3

则j＝?w×h/（h+2t）＝4.65×10/（4.65+2×6.35）＝2.68KN/m3 K＝?1/j＝8/2.68＝2.98≥1.5

符合要求，即：钢板桩打入基坑底6.35m，不会发生管涌现象。 4、涌水量计算

涌水量Q为基坑底控制渗水量（单位：m3/d） Q＝K×A×i

K为土的综合渗透系数，根据资料显示，淤泥质土渗透系数都小于0.1，在本检算中，K取0.1m/d。

A为基坑底面积（单位：m2）， i为水头梯度（i＝h/（h+2t）） 则：Q＝0.1×17.7×12.9×4.65/（4.65+2×6.35）＝6.12m/d＝0.25m3/h。

根据以上计算数据，用水泵（一般功率）可以满足现场排水功能。 5、根据等弯矩布置支撑及支撑反力计算

视板桩为承受三角荷载的连续梁计算： 如下图所示：

3

h1A

q1h2q2h3q3h4B钢板桩h1＝1.15m，h2＝1.5m，h3＝1.5m，h4＝1.5m

上面3.5m为填土，下9m为淤泥，分别计算支撑所受的荷载为：

q1??Ka?H1(h1?h2)/2?18?0.53?1.15?(1.15?1.5)/2?14.5KN/m

q2??Ka?H2(h2?h3)/2?18?0.53?2.65?(1.5?1.5)/2?37.9KN/m

q3??Ka?H3(h3?h4)/2?18?0.656?4.15?(1.5?1.5)/2?73.5KN/m

支撑受力如下图所示：

qA3.8m8.7m3.8mBCD4m3.5m4m

根据三不等跨梁的内力计算，系数n＝8.7m/3.8m＝2.29 取最大受力层，即q＝q3＝73.5 KN/m

l=3.8m

则：MB＝-0.23×q×l2＝－244.11KN·m MAB＝0.057×q×l2＝60.5KN·m MBC＝0.183×q×l2＝194.23KN·m QB左＝-1.145×q×l＝－319.8KN QB右＝1.374×q×l＝383.8KN

根据以上数据，取受力、受弯最大处，即MB、QB右

采用700mm×300mmH型钢支撑，其受弯方向的截面抵抗矩为5760cm3。 则：σ＝M/W＝244.11×106/（5760×103）＝42.38MPa＜【σ】＝200 MPa 符合受力要求。

A3.15m3.15mBF角撑受力如右图：

C

角撑所受压力值为2?F 即BC撑压力值为：1198.05 KN

则支撑选用700mm×300mmH型钢,截面面积A=23550mm2

ix?67.7mm

检算杆件稳定性和强度:

??l/ix l?3

3.8?3.8?3.8?3.8?5.37

??l/ix=5.37×10/67.7=79.37

查表??0.735

??N/?A?1198.05/0.753?23550?69Mpa???? 稳定性满足要求 强度??N/A很小，不再验算。 ⒌⒎钢板桩所受弯矩计算

根据支撑布置和土压力分配，可计算钢板桩所承受的弯矩值。

γ为填土与淤泥加权重度，18KN/m3

根据设计钻探提供资料，基坑底为淤泥，粘聚力c取值8KPa，υ为8°。 Ka＝0.755 则最大主动土压力

Ea??Ka?H?2?C?

Ka?18?0.755?5.65?2?8?0.87?62.86Kpa计算结果与上述板桩荷载基本相符。

由h1＝1.88m，h2＝2.5m，h3＝2.5m，h4＝2.5m，按最大土压力均布荷载计算钢板桩所受弯矩，如下图所示：

AM1=41.57M2=35.36M3=35.36BCDH

根据拉森Ⅴ型钢板桩截面抵抗矩，取值为2962cm3, 得σ1＝14.03MPa σ2＝11.94MPa σ3＝11.94MPa

σ最大为14.03MPa＜【σ】 钢板桩受力满足强度要求。

其余墩位其受力状况均好于北岸引桥31号墩，参照上述检算进行即可。