***大桥8#、9#墩承台钢板桩围堰设计计算书1、工程概况***资水大桥是***至***公路工程中横跨资水的一座大桥，桥梁上部结构设计采用（6×30m）先简支后连续T梁+（58+95+95+58m）现浇变截面混凝土连续梁+（5×30m）先简支后连续T梁结构；主桥下部结构采用钢筋混凝土矩形门式桥墩，钻孔灌注桩基础，主墩墩身顺桥向宽为2.6m，横桥向为2个2.4m宽的墩柱，主墩承台厚度为3.5m，平面尺寸为11×9m，基桩采用直径Φ2.0m钻孔灌注桩。
桥面宽度：2.5 m（人行道）+0.5m（路缘带）+10.75m(车行道)+0.5m（双黄线）+10.75m（车行道）+0.5m（路缘带）+2.5m（人行道）=28m，分两幅修建，桥梁中心桩号K5+873，桥梁全长为644m。
***资水大桥设计洪水频率1/100，设计水位+179.4m，十年一遇洪水水位+172m，施工常水位+164m，近5年12月至4月最高水位+168m。
8#、9#主墩基础位于资水河道内，主墩承台施工采用钢板桩围堰法，围堰考虑能满足在+168m 水位下施工。
2、计算依据《钢结构设计规范》(GB50017-2014)《简明深基坑工程设计施工手册》《简明施工计算手册》《***资水大桥施工图设计》《***资水大桥工程地质纵断面》《***资水大桥钻孔柱状图》3、***资水大桥8#、9#墩钢板桩围堰检算3.1围堰结构概况8#、9#墩单个承台尺寸均为11m（横桥向）×9m（顺桥向）×3.5m（高度），下为4根Φ2.0m钻孔桩，桩基施工采用Φ2.4m钢护筒。
承台施工采用钢板桩围堰法，钢板桩采用国产拉森Ⅳ型钢板桩，材质为SY295。
8#墩承台底标高为+161.498，顶标高为+164.998。
钢板桩单根长度为9m，围堰平面尺寸为30×12m（考虑围堰四周各有1.5m操作及安装模板空间，双幅桥作一个围堰），共设置一道内支撑，围堰顶高程为+168.498m，围堰底高程为+159.498m，封底混凝土厚0.5m。
9#墩承台底标高为+158.495，顶标高为+161.995。
钢板桩单根长度为12m，围堰平面尺寸为30×12m（考虑围堰四周各有1.5m操作及安装模板空间，双幅桥作一个围堰），共设置四道内支撑，围堰顶高程为+168.495m，围堰底高程为+156.495m，封底混凝土厚0.5m。
由于9#墩承台比8#墩承台埋深深度大，围堰受力较8#墩更不利，本计算取9#墩围堰进行计算；9#墩钢板桩围堰立面布置如图3.1。
图3.1 9#钢板桩围堰立面布置图(顺桥向)3.2围堰材料参数钢板桩及内支撑截面参数特性如表3.2、表3.3。
表3.2钢板桩截面参数特性值表表3.3内支撑截面参数特性值表3.3地质资料根据地质勘察报告，8#、9#墩处由上向下分别为卵石、泥质灰岩。
卵石层平均厚度为2.8m，灰黄色，松散，饱和，卵石含量60%左右，最大直径达10cm以上，泥砂质充填，母岩成分为砂岩，分选性差。
泥质灰岩为灰色，灰黑色，中厚层状，中风化，节理裂隙发育，岩芯多呈柱状，局部岩芯破碎，呈碎块状，岩质较硬。
因泥质灰岩节理裂隙发育，岩层较破碎，按卵石层考虑，分析结果偏安全。
地质资料相关参数分别如表3.4、表3.5所示。
表3.4 8#墩地质参数表表3.5 9#墩地质参数表3.4计算假设1.计算时取1m宽单位宽度钢板桩。
2.弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。
3.假设钢板桩在基坑灰岩面及封底砼面以下0.5m 处固结，在MIDAS 中限制全部约束。
表3.6 9#桥墩主、被动土压力系数及被动土压力修正系数土层名称 Ka a K Kp p K被动土修正系数k卵石 0.238 0.448 4.1917 2.047 1 泥质灰岩0.2380.4484.19172.04713.5钢板桩围堰施工方案 3.5.1长螺旋钻机引槽施工***桥8#、9#墩承台处覆盖层较薄且承台底位于基岩岩面标高以下，钢板桩围堰需打入基岩一定深度。
按照常规施工工艺，采用震动锤较难将钢板桩打入基岩中，且不能满足嵌入深度要求。
本工程对***桥8#、9#墩承台钢板桩围堰采取长螺旋钻机引槽施工工艺。
首先将钻机作业平台进行加固（保证长螺旋钻机移动和回转），然后采用长螺旋钻机沿钢板桩围堰四周钻孔开槽，再向槽内回填沙袋（沙袋中装满泥砂），最后往槽内打入钢板桩。
图3.7 钢板桩围堰引槽施工示意图长螺旋钻机钻孔钻头直径D=0.6m ，钻孔深度平均为2.5m （槽底高程+156.495m ），引槽施工如图3.7所示。
定位放线 钻机定位调试 钻进成孔 校正桩位及垂直度 钻机移位 完成引槽施工 控制桩底标高回填沙袋 打入钢板桩图3.8钢板桩围堰施工平面示意图3.5钢板桩围堰结构计算3.5.1钢板桩围堰施工步骤(1)对作业平台进行加固，采用长螺旋钻机沿钢板桩围堰四周开槽，槽宽0.6m，槽深约2.5m（槽底高程+156.495m）；(2)往引槽中回填装满泥砂的沙袋；(3)拆除四周钻孔平台，在靠近承台侧定位桩上焊接牛腿，安装第一道内支撑作为钢板桩插打导向围檩；(4)依次插打钢板桩至合拢；(5)围堰内抽水至+164.00m，在+165.00m处安装第二道内支撑；(6)第二道内支撑安装后，围堰内抽水至+161.58m，在+162.50m处安装第三道内支撑；(7)第三道内支撑安装后，抽水并清除卵石至+159.00m，在+160.00m处安装第四道内支撑；(8)第四道内支撑安装后，抽水、清除卵石并整平基岩至+157.995m；(9)浇筑混凝土垫层至承台底；(10)待垫层砼达到强度后，拆除第四道内支撑，凿桩头，施工承台；(11)待承台砼达到强度后，拆除承台模板，在承台与钢板桩空隙间回填细砂，拆除第三道内支撑；(12)施工第一节墩身至第二道内支撑；(13)待墩身砼达到强度后，围堰内注水至第二道内支撑下方（+164.00m ），拆除第二道内支撑；(14)施工第二节墩身至第一道内支撑；(15)待墩身砼达到强度后，围堰内注水至第一道内支撑下方（+167.00m ），拆除第一道内支撑；(16)拔除钢板桩。
3.5.2计算工况工况一 第一道内支撑安装后，围堰内抽水至+164.00m ； 工况二 第二道内支撑安装后，围堰内抽水至+161.58m ； 工况三 第三道内支撑安装后，抽水并清除卵石至+159.00m ； 工况四 第四道内支撑安装后，清除卵石并整平基岩至+157.995m ； 工况五 垫层砼达到强度后，拆除第四道内支撑；工况六 承台砼达到强度后，拆除承台模板，在承台与钢板桩空隙间回填细砂，拆除第三道内支撑； 3.5.3钢板桩计算工况一：第一道内支撑安装后，围堰内抽水至+161.58m ，第一层内支撑受力处于最不利状态。
图3.7 工况一受力简图（1）计算反弯点位置。
假设反弯点离河床表面的距离为y ，在y 处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即w a p P P P +=：主动土压力：y K P a a ⨯=卵γ 被动土压力：y KK P p b 卵γ= 水压力：42.2⨯=w w P γy K y KK a w p ⨯+⨯=卵卵42.2γγγ()a p aw K KK K y -+⨯=卵卵42.2γγγ 10 2.4211.50.2380.5911.5(1 4.1917-0.238)m ⨯+⨯==⨯⨯所以，梁的计算长度取值为1+2.42+0.59=4.01m2/2.24)58.161(m KN P a = (2) 计算结果图3.8 工况一模型图图3.9 工况一反力图图3.10 工况一弯矩图由上图可知，钢板柱最大的弯矩为21.1kN.m ，作用于第一道内支撑的反力为10.9kN 。
工况二 第二道内支撑安装后，围堰内注水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至+157.495m 。
图3.11 工况二受力简图本工况梁的计算长度取值为1+1.5+0.92+4.085+0.5=8.005m 。
作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力：()2157.49511.50.238 4.58512.6/a P KN m =⨯⨯= 计算结果：图3.12 工况二模型图图3.13 工况二反力图图3.14 工况二弯矩图由上图可知，工况二钢板柱最大的弯矩为-18.2kN.m ，作用于第一、二道内支撑的反力分别为-2.3KN 、8.1KN 。
工况三 封底砼达到强度后，围堰内抽完水；图3.15 工况三受力简图本工况梁的计算长度取值为1+1.5+0.92+3.085+0.5=7.005m 。
作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力：()2157.49511.50.238 3.58510 6.00569.9/a P KN m =⨯⨯+⨯= 计算结果：图3.16 工况三模型图图3.17 工况三反力图图3.18 工况三弯矩图由上图可知，工况三钢板柱最大的弯矩为-90.6kN.m ，作用于第一、二道内支撑的反力分别为-12.2KN 、83.7KN 。
工况四 承台施工后向钢板桩与承台间回填砂土并拆除第二道内支撑。
图3.19 工况四受力简图本工况梁的计算长度取值为1+2.42+0.5=3.92m 。
作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力：()2161.5810 2.4224.2/a P KN m =⨯=()2161.0811.50.2380.510 2.9230.6/a P KN m =⨯⨯+⨯= 计算结果：图3.20 工况四模型图图3.21 工况四反力图图3.22 工况四弯矩图由上图可知，钢板柱最大的弯矩为-21.4kN.m ，作用于第一道内支撑的反力为5.4KN 。
根据上述对钢板桩围堰四种工况计算，钢板桩内力及内支撑支撑反力计算结果汇总如下表：表3.23 钢板桩内力及内支撑支撑反力由表3.23可知，钢板桩最大弯矩发生在工况三，M max =90.6kN∙m ， σmax =M max W ⁄=90.62270×103⁄=39.9MPa<[σ] 1.5⁄=295 1.5⁄=196.7MPa ，满足要求！ 3.5.3 内支撑计算由表3.23可知，第一道内支撑最大支撑反力为12.2kN ，第二道内支撑最大支撑反力为83.7kN 。
由于第一道内支撑反力较小，这里不予计算，取受力较大的第二道内支撑进行验算。
第二道内支撑圈梁采用2I56b ，支撑钢管采用Φ530-10，采用MIDAS CIVIL 建立有限元模型如下图：图3.24 第二道内支撑模型图图3.25 第二道内支撑变形图图3.26 圈梁组合应力图图3.27 钢管组合应力图图3.28 钢管轴力图（1）强度验算由以上计算结果可知，第二道内撑最大位移为4mm ，圈梁最大组合应力为87.2MPa ＜215MPa ，钢管最大组合应力为88.9MPa ＜215MPa ，发生在四角斜撑钢管处。