承台钢板桩设计计算书
1钢板桩设计
1.1设计条件
⑴设计水位及冲刷
设计高潮水位:+3.576m
⑵地质情况
土层分布:填筑土1.2m,淤泥5.9m,亚粘土9.3m,砾砂4.9m。
各土层重度为:γ1=17.7KN/ m3,γ2=14.8KN/ m3,γ3=19.5KN/ m3,γω=10KN/ m3,内摩擦角Φ1=0°,Φ2=3.6°,Φ3=32.2°。
⑶工程简介
承台顶面标高为0m,承台底面标高:-2m;承台尺寸为9.6×3.2×2m。
1.2设计参数
⑴水位:取设计高潮位+3.576m
⑵浪高:取0.5m
1.3钢板桩结构形式
钢板桩采用拉森Ⅳb型钢板桩,每米钢板桩墙W=2270cm3,[f]=200MPa;围堰尺寸:10.6×4.2m;距离承台底面3.5m设置一道支撑梁。
钢板桩剖面图
1.4封底混凝土厚度确定
已知承台底标高为-2m,设计水位为+3.576m。
根据公式+D≤h
式中:b--板宽,一般取b=1
fct--砼抗压强度(C20), fct =9.6×103KPa
D--水下砼与井底泥土掺混需增厚度 D=0.3~0.5m
其中:l1--矩形板计算跨径,取小值l1=4.2m(两侧各留0.5m施工空间)
mac—弯矩系数,查《建筑结构设计综合手册》表3.8.1,得mac=0.0965
p—静水压力形成的荷载,p=10×5.576=55.76KN/m2
+D=0.24+D
D值取最大值0.5m,h≥0.74m,故取h为0.8m。
1.5钢板桩顶标高确定
由于桥位处设计高潮水位为+3.576m,并考虑0.5m的浪高影响,钢围堰的顶标高确定为+4.076m。
1.6钢板桩嵌固深度确定
承台的底标高为-2m,围堰内C20封底砼厚0.8m,基础处理为1m厚的砾石。封底混凝土浇筑结束,围堰内水被抽干之后为最不利工况。在最不利工况下,确定钢板桩的入土深度。
①作用于板桩上的土压力强度
Ka1= tg2(45°-φ/2)= tg2(45°)=1
Kp1= tg2(45°+φ/2)= tg2(45°)=1
Ka2= tg2(45°-φ/2)= tg2(45°-3.6/2)=0.882
Kp2= tg2(45°+Φ/2)= tg2(45°+3.6/2)=1.134
Ka3= tg2(45°-φ/2)= tg2(45°-32.2/2)=0.305
Kp3= tg2(45°+Φ/2)= tg2(45°+32.2/2)=3.282
②承台底标高以上,钢板桩单悬臂所受的力计算
a、主动土压力:
Pa1=Ka1×(γ1-γω)×h1
=1×(17.7-10)×1.2
=9.24 KN/m2
Pa2=Ka2×(γ1-γω)×h2+ Pa1
=0.882×(14.8-10)×3.35+9.24
=23.4 KN/m2
b、水压力(围堰抽水后)Paw:
Paω=γω(3.576-(-2))=10×5.576
=55.76 KN/m2
c、主动压力(土体及水压力)Ea:
Ea=(9.24×1.2)/2+(9.24+23.4)×3.35/2+55.76×5.576/2
=215.67KN/m
合力Ea距承台底的距离y:
215.67×y=9.24×1.2/2×(0.4+3.35)+9.24×3.35×3.35/2+(23.4-9.24) ×3.35/2×3.35/3+55.76×5.576/2×5.576/3
得y=1.79m。
承台底面线以下为淤泥、亚粘土,厚度分别为2.55m、9.3m,围堰内回填砾石按照最不利考虑,按淤泥层计算。假设钢板桩主动土压力等于被动土压力的点为K点,则:Pak=Ppk。设K点距离淤泥底面的距离为u,则:
Pak =23.4+0.882×2.55×(14.8-10)+0.305×u×(19.5-10)
Ppk =1.134×1.75×(14.8-10)+3.282×u×(19.5-10)
Pak=Ppk
得到u=0.87m
用等值梁法计算钢板桩的入土深度,
K点主动土压力等于被动土压力,即Pak=Ppk,
则K点即为弯矩为零的点。假设支撑梁的位置距离
承台底面的距离为3.5m,支撑反力为Tc,
用等代简支梁法简化,则