钢管桩计算书

钢管桩计算书

边跨现浇直线段支架设计计算

一、计算何载（单幅）

1、直线段梁重：15#、16#、17#混凝土方量分别为22.26、25.18、48m3。端部1.0范围内的重量，直接作用在墩帽上，混凝土方量为：

V=1×[6.25×2.5+2×3×0.15+2×2×0.25／2+2×

225 .0

65

.0 ×1－1.2×1.5]=16.125 m3

作用在支架的荷载：

G1=（22.26+25.18+48－16.125）×22800×10=1957.78 KN

2、底模及侧模重（含翼缘板脚手架）：估算G2=130KN

3、内模重：估算G3=58KN

4、施工活载：估算G4=80KN

5、合计重量：G5=1957.78+130+58+80=2226KN

二、支架形式

支架采用Φ800mm（壁厚为10mm）作为竖向支承杆件。纵桥向布置2排，横桥向每排2根，其中靠近10#（13#）墩侧的钢管桩支承在承台上，与墩身中心相距235cm，第二排钢管桩与第一排中心距为550cm，每排2根排的中心距离为585cm。钢管桩顶设置砂筒，砂筒上设纵横向工字钢作为分配梁，再在纵梁上敷设底模方木及模板。钢管桩之间及钢管桩与墩身之间设置较强的钢桁架梁联系，在平面上形成框架结构，以满足钢管桩受载后的稳定性要求，具体详见“直线段支架结构图”。

=65576

2101.23841005.68.956

84

??????　(5-24×5124.02)

=0.1214×(-1.301) =-0.1579cm

通过强度及刚度计算,可见I56a 较富余,为更趋合理,将横梁由2I56a 为2I50a

f C =f D =0.9739×65576／46472=1.37 cm f E =-0.1579×65576／46472= - 0.22 cm

3.纵梁的强度与刚度计算

(1)纵梁上面荷载所生的均布荷载:

q 1=2226÷12.25÷7.8×1.2=27.956kN/m ≈28 kN/m 考虑到腹板下的纵梁受力较大,故乘以不均匀系数1.2

q 1=28×1.2=33.6 kN/m

(2)纵梁的自重

q 2=0.804 kN/m

(3)纵梁上的总均布荷

q= q 1 +q 2 =33.6+0.804=34.4 kN/

（4) 力学简图

支座反力

R=34.4×7.8/2 =134.16 kN 由Q图可得:

Qmax=94.6kN

由M图可得:

Mmax =107.33KN .m

Q 图(KN)

M 图(KN.m)

(5)应力验算

σmax =w M max =9

.143210

733.105

?

=74.9Mpa <[]σ

τmax=

Ib S Q max =15

.1322414

.8361006.94???=213.4kg/cm 2 =21.3Mpa <[]τ (6)刚度验算

λ=m/L=1.15/5.5=0.2091 f C =f D =

32241

101.2245501154.346

3

?????(-1+6×2091.02+3×2091.03

) =0.40505×(-0.7102) =-0.2877cm (向上) f max =

32241

101.23845504.346

4

????(5－24×2091.02

) =0.1211×3.9507=0.4782cm<[]375.1400/1/==l f

通过计算证明选用型钢的安全储备过大,拟将I45a 改为I40a 进行

第二次试算,为简化计算, Q max 、 M max 及q 均沿用改变前的数值。

σmax =7.108510733.105

?=98.86 Mpa <[]σ

τmax =

05

.1217142

.6311006.94???=26.1Mpa <[]τ

f C =f D =-0.2877×32241／21714 =－0.4272cm （向上） f max =0.4782×32241／21714 =0.71 cm < []400/1 四、钢管桩设计与验算

钢管桩选用Ф800，δ=10mm 的钢管，材质为A 3，E=2.1×108 Kpa,I=

64

π(80.04－78.04)=1.936×10-3M 4。依据10#或13#墩身高度和

周边地形，钢管桩最大桩长按30m 考虑。 1、桩的稳定性验算

桩的失稳临界力Pcr 计算 Pcr=

2

2l

EI π=

3

2

8

230

10

936.1101.2-????π

=4458kN ＞R=586.78 kN 2、桩的强度计算

桩身面积 A=4π（D 2－a 2）

=4

π

（802－782）=248.18cm 2

钢桩自身重量

P=A.L.r=248.18×30×102×7.85 =5844kg=58.44kN

桩身荷载 p=586.78+58.44=645.22 kN

б=p ／A=645.22×102／248.18=259.98kg ／cm 2=25.998

Mpa

3、桩的入土深度设计

通过上述计算可知，每根钢管桩的支承力近660kN，按规范取用安全系数k=2.0，设计钢管桩入土深度，则每根钢管桩的承载力为660×2=1320kN，管桩周长U=πD=3.1416×0.8=2.5133m。依地质勘察报告，河床自上而下各层土的桩侧极限摩擦力标准值为：第一层砂砾土厚度为 3.4m，标贯N=8.1～12.3；估推τ=30～40 Kpa

第二层砂粘土厚度为6～23m，黄褐色、湿、硬塑，标

贯N=23；

τ=75 Kpa

第三层强风化石英片岩厚度为4～6m，黄褐色，标贯

N25～43；τ=75 Kpa N=∑τi u h i

N =30×2.5133×3.4+75×2.5133×6+80×2.5133×h3=1320 kN

=256.36+1086.0+201 h3 =1320 kN`

解得h3=-0.11m

证明钢管桩不需要进入第三层土，即满足设计承载力，此时桩尖标高为：

64.12－3.4－6.0=54.72 m

钢管桩实际入土深度：∑h=3.4+6=9.4 m

4、打桩机选型

拟选用DZ150，查表得知激振动900 kN ，空载振幅≮0.8mm ，桩锤全高4.2 m ，电机功率150kw 。 5、振动沉桩承载力计算

按前苏联b.π塔尔尼科夫，根据所耗机械能量计算桩的容许承载力

[]P =m

1

{

()[]

v

a A f m x 12

231111

βμα+-+Q

}

m —安全系数，临时结构取1.5

m 1—振动体系的质量 m 1=Q/g=90000/981=91.74 Q 1—振动体系重力 N g —重力加速度=981 cm /s 2

A X —振动沉桩机空转时振幅 A X = M/Q=2800×102／

90000=3.11 cm

M —振动沉桩机偏心锤的静力矩 N. cm μ—振动沉桩机振幅增大系数 μ= A n / A x

A n －振动体系开始下沉时振幅 取1.2 cm

f —振动频率 f =n/60=800/60=13.33 转/S

a —振动沉桩机最后一击的实际振幅 取1.0 cm ν—沉桩最后速度 取5 cm/m in α1—土性质系数，查表得α1=20

β1—影响桩入土速度系数， 查表得β1=0.17

[p]=

5

.11{5

17.01111.311.32.133.1374.91202

2

3

1

?+?

?????-??? ?????+9×104

}

=

5

.11

{

85

.11091219.16

?+9×104

}

=5

.11

×1.123616×106 =749077N=749KN ＞ N=645.22KN

通过上述计算及所选各项参数说明：

1）DZ150型振动打桩机，是完全能够满足本设计单桩承载力的。

2）DZ120型振动打桩机，也是可以满负荷工作，达到本设计要求的。

6、钢管桩加工质量控制

虽是临时结构，但钢管桩是边跨直线段现浇支架的重要受力构件，它的加工制作及安装质量好坏，直接关系到能否顺利沉桩及支架的使用安全，故有必要按有关国家规范和文献资料提及的技术标准，作如下要求：

（1）钢管的材质为Q235，可以是直缝焊接管也可以是螺旋焊缝管，但所用材质的力学性能都应符合国家相关标准。 （2）直焊缝管采用平板卷制加工。加工时两侧边缘须予弯头，以消除平板在卷板机上卷制时，两侧边缘的直线段。 （3）钢管桩的轴线方向应和钢板轧制的方向一致。

（4）钢管接长时，两侧纵向焊缝应有较大的距离，切忌十字焊缝。

（5）需采取有效措施保证并检查焊缝质量。

δ

Δ

D

Δ≯2δ=10±1

3

两壁错台壁 厚

（6）视工地的起吊能力和运输条件，尽可能将管节加长，以减少工地焊接工作量

（7）钢管的接头加工和成品质量按下列图表控制：

钢管制作允许偏差

7、沉桩施工中须注意的问题：

（1）沉桩施工中，桩的垂直度至关重要，在开始沉桩时，往往依靠桩体自身重量及锤体重量缓慢下沉，当不能继续下沉时，桩体已

插入土中一定深度，检查桩身垂直度合格后，再振动下沉。

（2）振动锤和桩帽与桩顶法兰盘应连接牢固。当有射水配合下沉时，可振动射水交替进行，一气呵成，在下沉过程中切忌打“空锤”

（3）振动的持续时间随土质情况和不同机械而异，一般不要超过10mm～15mm，否则锤体部件易损。应经常注意机电的检查与修理。

（4）桩尖在接近设计标高之前（1.0m），就应停止射水，干振。

（5）与桩尖虽未到达标高（已接近标高），下沉速度小于5cm/mm，且振幅

较大（大于15mm）时，如能排涂桩顶的接头松动，即认为合格了。

（6）为保证钢管桩的整体稳定，每隔6m左右，设置一道纵，横向支撑并和墩柱联结，形成平面框架，在墩柱施工时应注意预埋件的

准确预埋。

8、钢管桩沉桩基础评述：

根据本桥10#墩的地勘报告揭示，较好的承力层埋深（河床向下）在3.5m以下。与深基础及换填方案相比较，沉桩方案是较为经济合

理的施工方案。但考虑至沉桩必须有较大型的沉桩设备和专业的施工

队伍且本工程沉桩工作量很少（只有两根桩）故在实施过程中，可能

具有相当难度，而不得不考虑其它的基础方案。

五、明挖扩大基础设计

按地质报告，河床向下0～3.4m，标准贯入为Nmin=8，

容许承载

[R]=0.12 Mpa=12T/m 2 基础面积 A=

[]R N =125.64=5.373m 2 采用 6.0m 2 基础边长 b=

A

=2.45m 采用2.6m

按扩散角45°计算基础厚度

h=(2.6-0.8)/2=0.9m 采用h=1.0m

底层设一层Ф16钢筋网片网格为15.5×15.5cm

六、 支架预压：

13#墩的直线段现浇支架，地基为露头基岩石，做钢管桩基础时，只需将

岩下20～30cm, 修整一个120×120cm 的平面，将厚为10mm 的钢板预埋件埋

入即可，因为13#墩混浇支架座的基础没有沉降，支架本身接头部位的压紧沉降

可以预估，在底模放样时抛高，所以该支架毋庸预压，所需要预压的是10# 墩 的直线段支架。

1、预压荷载：按实际荷载的1.3倍超载预压。

∑G=2226×1.3=2893KN

2、预压方式：加载预压时，工字钢上铺设10×10cm 木方，似

用砂袋作为压重，砂袋用汽车倒运并过磅称量，按施工时荷载实际分布情况摆放,在有条件的情况下也可考虑用浮箱注

水预压

3、预压控制：采用时间和沉降量双控的方式进行预压控制。

（1）时间控制：静压5天以上，稳定状态2天。

（2）沉降控制：在支架的工字钢上分别布设10个测点，用于沉降观测。在加载前、加载完每12小时观测一次，直到24小时的累计沉降量≯2mm卸载，卸载后，按测得的弹性和非弹性沉降量及设计标高，确定立模标高，作为底模放样依据，报验上级及监理批准。

七、边跨合扰段对支架的影响：合扰段的实际施工荷载是平均分担在支架及悬臂端上的，分配在支架上的重量约为230KN。该荷载按支架计算简图，将完全由靠河心的两根钢管桩承受。

但此时，现浇直线段上的侧模，内模及支撑脚手，已经拆涂，对支架钢管起到减载作用，估算每根桩可减载60KN，所以合拢段实际上对每根桩增加荷载50～60KN。在支架预压时,我们超载了30%,钢管桩的承载能力已远超过由于合拢段所增加的份额,故在支架钢管桩设计时,未考虑合拢段的荷载.

八、模板选择，安装及加固：在正文中已阐明，此处不再赘述。