钢板桩围堰计算书

津石高速公路（海滨大道-荣乌高速）工程第八标段围堰结构

检算报告

中铁四局集团有限公司设计研究院

2019年4月

津石高速公路（海滨大道-荣乌高速）工程第八标段围堰结构

检算报告

计算：

复核：

审核：

中铁四局集团有限公司设计研究院

建筑行业甲级铁道行业甲（Ⅱ）级市政行业甲级

二〇一九年四月

目录

一、项目概况 (1)

二、水文地质条件 (1)

三、计算依据 (3)

四、材料参数 (4)

五、围堰工况介绍 (4)

六、围堰计算 (5)

1、外侧围堰计算 (5)

2、内侧围堰计算 (12)

七、结论及建议 (18)

1、结论 (18)

2、注意事项 (19)

一、项目概况

津石高速公路是连接南部港区通往石家庄方向的重要通道，路线主线起自滨海新区南港工业区桩号K0+000，接已建的海滨大道及南港工业区港北路，经大港电厂南、东台子，止于西青区小张庄附近，接已建的津石高速和长深高速共线段桩号K36+500，全长约31.3公里。全线在南港工业区、大港油田、东台子、小张庄4处设置互通式立交。

本标段起点桩号为K29+730，路线沿独流减河北堤后侧台布设，跨越长深高速并设置小张庄互通立交，终点桩号为K31+150，路线长1420m。

本互通立交主线设计速度采用100Km/h，A、B、E、F匝道设计速度采用60Km/h，C、D匝道设计速度采用40 Km/h；主线为双向四车道，标准路基宽度27.5m；B、E匝道为单向单车道，标准路基宽度9m；A、C、D、F匝道为单向双车道，标准路基宽度10.5m。

其中A、F匝道位于独流减河河道中，河道水位标高为2.8m，本工程中钢板桩围堰是为了阻隔河水，以进行项目施工。

本工程钢板桩围堰位于独流减河中河水深度1m~5.2m，围堰采用12m双排钢板桩从河岸打设到河中央滩涂位置，上游、下游各打设一道，上、下游距离272m，每道长度360m，每道采用间距为4m的双排钢板桩形式，两排钢板桩中间抽2.5m水，保持内、外侧钢板桩水位差，确保钢板桩稳定。双排钢板桩围堰示意图见图1-1。

河面

内侧外侧

图1-1 双排钢板桩围堰示意图

二、水文地质条件

1、全新统中组海相沉积层（Q42m）

厚度9.10m～12.60m，顶板标高为0.80m～-2.70m，该层从上而下可分为 5 个亚层。

第一亚层，粉质粘土（地层编号⑥1）：厚度一般为1.30m～7.70m，呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。

第二亚层，粉土（地层编号⑥1t）：厚度一般为0.50m～5.80m，呈灰色，稍密～中密状态，无层理，含贝壳，局部夹粉质粘土薄层，属中(偏低)压缩性土。

第三亚层，粉土（地层编号⑥3）：分布不连续，厚度一般为2.20m～3.00m，呈灰色，中密～稍密状态，无层理，含贝壳，属中(偏低)压缩性土。局部夹粉质粘土透镜体。

第四亚层，粉质粘土（地层编号⑥4）：厚度一般为2.00m～8.10m，呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。局部夹淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粘土透镜体。

第五亚层，粉土（地层编号⑥5）：仅局部分布，厚度一般为0.90m～3.30m，呈灰色，中密～密实状态，无层理，含贝壳，属中(偏低)压缩性土。

2、全新统下组沼泽相沉积层（Q41h）

分布不连续，厚度0.70m～2.50m，顶板标高为-9.76m～-12.40m，主要由粉质粘土（地层编号⑦）组成，呈浅灰～黑灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属中压缩性土。局部夹粘土透镜体。

3、全新统下组陆相冲积层（Q41al）

厚度 2.10m～6.40m，顶板标高为-10.76m～-13.90m，该层从上而下可分为 2 个亚层。

第一亚层，粉质粘土（地层编号⑧1）：厚度一般为1.30m～4.90m，呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土、粘土透镜体。

第二亚层，粉土（地层编号⑧2）：分布不连续，厚度一般为0.90m～2.80m，呈灰黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中(偏低)压缩性土。局部夹粉质粘土透镜体。

地表水主要为独流减河河水，河面净宽约 1.2km，河水深 1.50～3.50m

根据施工单位所提供的地勘报告及实验数据，河底地质参数如表2-1。

表2-1 河底以下土层参数

A匝道和F匝道处钢板桩打设位置河水深度如图2-1、2-2所示。

图2-1 A匝道钢板桩打设位置水深

图2-2 F匝道钢板桩打设位置水深

三、计算依据

（1）《唐津高速立交工程施工组织设计》中铁四局集团有限公司津石高速公路（海滨大道-荣乌高速）工程第八标段项目经理部；

（2）滨石高速公路（海滨大道～荣乌高速）工程初步工程地质勘察报告（天

津市勘察院）；

（3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；

（4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

（5）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）；

（6）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）。

四、材料参数

钢板桩具体参数如表4-1所示。

五、围堰工况介绍

独流减河水深1m~5.2m时，取最大水深5.2m处钢板桩进行验算，钢板桩长度为12m，内侧钢板桩入土深度为6m，外侧钢板桩入土深度为6m。外侧钢板桩计算工况为一次抽2.5m水，钢板桩外侧水深为5.2m；内侧钢板桩计算工况为外侧水深2.7m，内侧无水。具体形式见图5-1双排钢板桩围堰示意图。

河面

内侧外侧

图5-1 双排钢板桩围堰示意图

外侧钢板桩受水流力、风力作用，大小及作用点如下：

水流力是以径流为主的河港透空式结构物的可变作用。参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）4.3.9条款进行计算，水流速取1m/s。

水流力为

22

w

101

F 1.5 5.2 3.9

2210

v

KA kN

g

γ?

==??=

?

水流力作用点在水面以下1/3水深处。

六、围堰计算

1、外侧围堰计算

---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 附加水平力信息 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

----------------------------------------------------------------------

[ 土压力模型及系数调整 ]

---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

[ 工况信息 ]

----------------------------------------------------------------------

[ 设计参数 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 设计结果 ]

---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 各工况：

内力位移包络图：

地表沉降图：

---------------------------------------------------------------------- [ 截面计算 ]

----------------------------------------------------------------------

[ 截面参数 ]

[ 截面验算 ]

基坑内侧抗弯验算(不考虑轴力)

σnei = Mn / Wx

= 0.054/(2200.000*10-6)

= 0.024(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

基坑外侧抗弯验算(不考虑轴力)

σwai = Mw / Wx

= 253.592/(2200.000*10-6)

= 115.269(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

式中:

σwai———基坑外侧最大弯矩处的正应力(Mpa);

σnei———基坑内侧最大弯矩处的正应力(Mpa);

Mw ———基坑外侧最大弯矩设计值(kN.m);

Mn ———基坑内侧最大弯矩设计值(kN.m);

Wx ———钢材对x轴的净截面模量(m3);

f ———钢材的抗弯强度设计值(Mpa);

---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

----------------------------------------------------------------------

计算方法：瑞典条分法

应力状态：有效应力法

条分法中的土条宽度: 1.00m

滑裂面数据

圆弧半径(m) R = 11.048

圆心坐标X(m) X = -0.637

圆心坐标Y(m) Y = 1.999

整体稳定安全系数 K s = 5.795 > 1.30, 满足规范要求。

----------------------------------------------------------------------

[ 抗倾覆稳定性验算 ]

----------------------------------------------------------------------

抗倾覆(对支护底取矩)稳定性验算:

M p——被动土压力、支点力及附加水平力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的

较小值。

M a——主动土压力和附加水平力对桩底的倾覆弯矩。

工况1：

Kov = 1.260 >= 1.200, 满足规范要求。

----------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------

[ 抗隆起验算 ]

----------------------------------------------------------------------

1) 从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下：

支护底部，验算抗隆起：

Ks=(16.633×9.000×5.798+10.000×13.934)/(15.191×(2.500+9.000)+0.000)=5.766 Ks = 5.766 ≥ 1.600，抗隆起稳定性满足。

----------------------------------------------------------------------

[ 流土稳定性验算]

----------------------------------------------------------------------

其中:

K———流土稳定性计算安全系数；

K f———流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的基坑支护，流土稳定性安全系数分别取值1.60、1.50、1.40；

l d———截水帷幕在基坑底面以下的长度(m)；

D1———潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离(m)；

γ'———土的浮重度(kN/m3)；

Δh———基坑内外的水头差(m)；

γw———地下水重度(kN/m3)；

K = (2.00*8.50 + 0.80*2.50)*5.91/2.50*10.00

K = 4.489 >= 1.50, 满足规范要求。

----------------------------------------------------------------------

[ 嵌固段基坑内侧土反力验算 ]

----------------------------------------------------------------------

工况1：

Ps = 541.489 ≤ Ep = 1209.619，土反力满足要求。

式中：

Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）；

Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN）。

2、内侧围堰计算

---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

----------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------

[ 土压力模型及系数调整 ]

---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 设计参数 ]

----------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------- [ 设计结果 ]

---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 各工况：

内力位移包络图：

地表沉降图：

---------------------------------------------------------------------- [ 截面计算 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 截面参数 ]

[ 截面验算 ]

基坑内侧抗弯验算(不考虑轴力)

σnei = Mn / Wx

= 0.000/(2200.000*10-6)

= 0.000(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

基坑外侧抗弯验算(不考虑轴力)

σwai = Mw / Wx

= 84.923/(2200.000*10-6)

= 38.601(MPa) < f = 215.000(MPa) 满足

式中:

σwai———基坑外侧最大弯矩处的正应力(Mpa);

σnei———基坑内侧最大弯矩处的正应力(Mpa);

Mw ———基坑外侧最大弯矩设计值(kN.m);

Mn ———基坑内侧最大弯矩设计值(kN.m);

Wx ———钢材对x轴的净截面模量(m3);

f ———钢材的抗弯强度设计值(Mpa);

---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

----------------------------------------------------------------------

计算方法：瑞典条分法

应力状态：有效应力法

条分法中的土条宽度: 1.00m

滑裂面数据

圆弧半径(m) R = 7.215

圆心坐标X(m) X = -0.685

圆心坐标Y(m) Y = 1.333

整体稳定安全系数 K s = 4.997 > 1.30, 满足规范要求。

---------------------------------------------------------------------- [ 抗倾覆稳定性验算 ]

----------------------------------------------------------------------