第二种方法,采用传统的手工计算方式,通过参考相关的专业书籍、规范、及计算手册,通过计算,来确定围堰的稳定性、安全性,是否满足施工需求。
钢板桩围堰的稳定性验算 (1)、计算工况选定
通过分析施工过程的工艺流程,结合理论知识,可以确定8号主墩的最不利情况下的工作状况为,水下吸泥工序已经完成,还未进行封底砼的施工。此时,围堰内的土面比围堰外河床面要低4.8m,土压力达到最大,易失稳。
(2)、计算的理论依据及计算模型
取1延米长的钢板桩为计算单元体,按板桩墙计算。
通过参考相关计算手册、专业理论教材,确定按悬臂板桩的土压力计算模型来模拟计算,土压力理论采用朗金土压力。计算时,考虑到此时围堰的第1、2到围檩已经安装,对围堰的安全性有帮助,但在计算过程中,不参与计算,相对保险系数加大。
按悬臂板桩的土压力计算公式来计算钢板桩的最小入土深度及围堰的受力状况、稳定性等。
粘性土:
主动土压力:Ea= γzm2 -2cm 被动土压力:Ep= γz公式中:
γ 土的自重(KN/m3 ) C 土的粘聚力(kPa ) υ 土的内摩擦角
Z 计算点距离土面的距离(m)5 (3)、计算参数的确定
+2c
根据设计图纸提供的地质资料得知、主墩附近的详细地质参数取定如下: 粘性土:自重γ=19kN/m、内摩擦角υ==30°、粘聚力C=11kPa 按照朗金土压力理论,查相关计算手册及通过公式计算可得: 主动土压力相关系数:m= 被动土压力相关系数:= = 0.577,m2 = 0.333 = 1.732,
= 3.000
望虞河的正常水流速度v=1 m/s,河水的深度按8m计算
8#墩承台底标高-9.303m,封底砼厚度取1.5 m计算,则封底砼的底标高为-10.8m。钢板桩长度为18m,顶标高为+3.0m,底低标高为-15m,主墩位置处河床底标高约为-6.0m左右,推算出围堰内外侧基坑高差为4.8m。
第2到围檩距离河床底的距离为5.0m,钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m
(4)、计算受力模型及工况示意图 围堰外侧水及主动土压力
围堰内静水及被动土压力
(5)、计算过程
①、 围堰外迎水面钢板桩水压力计算
P1= ρWh
P —每延米板桩壁河床处水的压强(kpa)。 ρ
W——
水的密度。
P1= ρWh=108= 80kpa。
h —水深(m)
迎水面钢板桩水压力合力Ea1 Ea1 = P1h Ea1 =
80 8 m=320KN
相对于第2道围檩的力臂L1 =5-(8)=2.333 m
②、围堰外侧封底砼标高至河床顶4.8m厚主动土压力合力Ea2
根据朗金土压力计算公式: h2 =4.8m厚土层地的主动土压力Pa 2 Pa 2=γh2 m2 = 19×4.8×0.333=30.37kpa。 主动土压力合力Ea2
Ea2 = γh2 2 m2= ×19×4.82×0.333=72.887 kN Ea2作用点距离土层底的距离 为1/3土层厚 相对于第2道围檩的力臂L2=5+4.8-(
4.8)=8.2m
③、钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m厚主动土压力合力Ea3
h3 =4.8m厚土层地的主动土压力Pa 3 拉应力与压应力得临界高度h0=h0=
=
,计算可得
=2 m,可求得 h3=4.2-2=2.2 m
Pa 3=γh3 m2+ Pa 2
=19(4.2-2)0.333+30.37=44.29 kpa 主动土压力合力Ea3 Ea3=
h3 Pa 3=
2.244.29=48.719 kN
Ea3作用点距离土层底的距离 为1/3土层厚
h3 /=2.2=0.733 m
相对于第2道围檩的力臂L3=5+4.8+2+(2.2-0.733)=13.627m ④、围堰内水面钢板桩静水压力计算
P1/= ρWh
P1/= ρWh=10(8+4.8)= 128kpa。 围堰内钢板桩静水压力合力Ea1 Eb1 = P1/h1/ Eb1=
128 12.8 m=819.2KN
Eb1作用点距离水面以下2/3水,则有合力点相对于第2道围檩的力臂L2/ L1/ =5+(4.8-1/312.8)=10.333 m
⑤、钢板桩有效入土深度4.2m厚被动土压力合力Eb2 根据朗金被动土压力公式得: h2/ =4.2m厚土层地的主动土压力Pb2/ Pb2/=γh+2c
=194.2
.0+2111.732
=γh2/2 +2c =277.504 kpa
被动土压力合力Eb2 = Pb2/ h2/
Eb2 =0.5277.5044.2=582.758 KN