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） 宽 高 每米长钢板桩参数 力学性能 壁厚 截面积重量截面模量[δ]Mpa 2（m/m） （kg/m） （cm3/m） 0.4 62 1363 200 400 123.5 14.5 （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/m3

v-水流速度

g-重力加速度，取9.8m/s

h-水深，单位为米。

p=0.8Aγv2/2gh=0.8×10.6×6×10×2.612/2×9.8×6

=29.47kN/m

2、静水压力计算

现有水位标高+4.5型钢支撑中心标高+4.25+3.45+2.65+1.85+1.05承台底标高0河水水压力淤泥淤泥质亚粘土钢板桩底标高

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：

81.59KN70.07KN105.59KN

4、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/m δmax= Mmax/W =15.4kN/1363cm3

=11.3Mpa＜[δ]=200 Mpa

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河水承台底标高0水压力淤泥淤泥质亚粘土土压力钢板桩底标高

不产生涌水的条件为：K·i·γw≤γb 上式中K为安全系数取1.8 i为水力梯度i=h1/（h1+x） γw为水的容重取9.8KN/m3

γb为土的浮容重取（18.5-9.8） KN/m3

K·i·γw≤γ

b

1.8×4.5/（4.5+x）×9.8≤8.7 X≥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河水承台底标高0C水压力淤泥R'土压力钢板桩底标高

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/m3 γb为土的浮容重取（18.5-9.8） KN/m3 γ’为淤泥土的浮容重其值为16.5 KN/m3 Ka=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 =190.37KN

δmax= Mmax/W

=190.37 KN÷2342.31 cm3

=81.27Mpa＜[δ]=140 Mpa

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.

查表得：纵向弯曲系数∮=0.922

稳定性δ=P/A

满足稳定性要求

=447.36KN÷0.015㎡

=29.8Mpa＜[δ]=0.922×140=129.1 Mpa