钻孔平台计算书

XXXXX钢平台

设 计 计 算 书

编制：

复核：

审核：

ZXXXXX项目经理部

二零一三年六月

1、工程概况

Xxx

2、结构设计

钢平台下部管桩全部采用Φ600*10规格钢管桩。 栈桥每排钢管桩的横向间距为4.88米，钢管桩横向剪刀撑采用［22a槽钢交叉焊接 。栈桥下部结构横梁采用双拼I40a工字钢。

钢平台上部结构主桁架采用321型装配式公路钢桥桁架，支栈桥设置6道桁架片，间距为90cm+154cm+90cm+154cm+90cm。桥面系为钢结构桥面，桥面系横向分配梁采用I25a工字钢间距75cm铺设，I25a工字钢与贝雷片用U型螺栓连接，I25a工字钢上纵向间距30cm

铺设I12工字钢，面板用10mm花纹钢板满铺供车辆通行。

具体机构形式如下：

BCDAABCD

图2-1 双排桩平面图

A-A

B-BC-C

D-D

图2-2 双排桩断面图

3、地质资料

在勘察深度范围内，自上而下主要分为四大层：①淤泥质粉质粘土（局部为淤泥）厚度0.5～18m，地基基本容许承载力［fa0］=70Kpa，桩侧极限摩阻力qik=15Kpa；粉砂层厚2.3～12.7m，地基基本容许承载力［fa0］=90Kpa，桩侧极限摩阻力qik=20Kpa②粘土、粉质粘土、细砂、角砾层；粘土层厚1.6～12m，地基基本容许承载力［fa0］=250Kpa，桩侧极限摩阻力qik=60Kpa；粉质粘土厚3.1～14.9m，地基基本容许承载力［fa0］=220Kpa，桩侧极限摩阻力qik=45Kpa；细砂层厚1.1～4.8m，地基基本容许承载力［fa0］=250Kpa，桩侧极限摩阻力qik=50Kpa；角砾层厚0.7～4.0m，地基基本容许承载力［fa0］=500Kpa，桩侧极限摩阻力qik=140Kpa；③粘土，厚度1.1～4.3m，地基基本容许承载力［fa0］=300Kpa，桩侧极限摩阻力qik=65Kpa；④泥岩，厚度3.1～18.7m，地基基本容许承载力［fa0］=360Kpa，桩侧极限摩阻力qik=80Kpa。

图3-1 工程地质纵断面图

工程地质层号<0.005mm指标类别天然密 度含水比天然饱孔隙和比e度Sr%393939岩土名称量天然干燥重W%ρρdg/cm33939Gs固结快剪三轴剪切静力渗 透触探(UU)系 数固 结 系 数含量内聚内摩内聚内摩液限塑限塑性液性压缩压缩-42指数指数系数模量力擦角力擦角内聚内摩垂直水平锥尖侧摩Cv(10 cm /s)力擦角阻力阻力CuuφuuK20VK20H50200400100300CφCgφgWLWpIpILa0.1-0.2Esqcfs黏性土-1KPaMPakPa压力下%kPa(°)kPa(°)kPa(°)MPaMPa%%砂土76克锥稠度界限固 结 试 验粘粒快 剪3939393946467777722735222.30.51.2915711944647.70.96.00.51031.57051.44071.0401.550标贯试验击数(实测)N63.5(击)263120.740.4313913263.040.52标贯试验击数(校正)N'63.5(击)262.50.91.50.560.381.33910.51.75.02.450.494.31973.00.71.40.640.451.36413.24.38.82.530.298.2承载力基本容许值[fao]kPa钻孔桩侧摩阻力标准值qikkPa样 本 数最 大 值最 小 值平 均 值标 准 差变异系数建 议 值样 本 数最 大 值最 小 值平 均 值标 准 差变异系数建 议 值样 本 数最 大 值最 小 值平 均 值标 准 差变异系数建 议 值样 本 数最 大 值最 小 值平 均 值标 准 差变异系数建 议 值淤泥质黏土粉砂淤泥3975.91.711.092.742.10910056.024.631.42.362.8502.71.571.891.421.731.5850.31.550.882.721.5119137.920.416.81.020.7100.90.180.150.150.170.1560.21.631.022.741.6929745.722.523.01.691.6031.80.680.620.610.650.606.480.380.600.000.1672.285.291.024.310.290.4320.350.550.660.500.580.540.110.020.060.000.0990.020.120.050.190.170.2690.200.811.060.810.880.9160.21.631.022.741.6929745.722.523.01.691.7121.70.270.130.250.230.202222222222221616168151511111386.90.6258.759.48818.42011.8811.25240101.330.513.080.550.260.440.280.085120.912956136.50.6258.759.48818.420533.230.831.62134.70076.320105.51029.91.991.632.700.96910030.823.58.51.740.19016.521.91.841.372.680.6398326.219.33.70.510.1009.513.91730.93.0926.226.31.911.502.690.7969228.222.06.21.090.15111.98.317.157.156.666.157.01428.82.430.450.750.010.0954.421.481.331.490.450.0271.980.090.020.050.000.1200.050.050.060.240.420.1780.172.633.001.500.370.220.05902026.31.911.502.690.7969228.222.06.21.090.16410.98.317.157.156.666.157.81228.0161161161161161161161161161161189189333333333217492743.90.21.933731.6371414105.510211351974120.810.48264176102.600.261055.61.871.362.741.49710046.923.523.82.261.5304.85.025.725.175.024.3036.11.621.092.721.0039029.618.110.31.020.3101.50.190.180.160.140.081819.91.488.00.41659.660170.50060.7400.76045.41.751.202.731.2719736.420.915.51.600.8312.91.882.102.422.221.9813.364.720.450.650.010.1252.613.571.222.880.270.2400.721.461.561.531.411.240.100.030.050.000.0980.030.100.060.190.170.2890.250.780.740.630.630.621313.80.7610.512.91256.98270152.051.063.093.500.353.3018.51054.5320.360.550.240.250.460.311.4340.9571.7391212.90.598.9212.91256.9821616121145.41.751.202.731.2719736.420.915.51.600.8602.81.441.631.951.801.6113.3586868686868679797979969627272626253930.72.071.722.740.93810048.622.526.40.750.46014.24.664.884.475.295.0620.51.881.362.720.5839024.513.410.30.090.1204.20.720.350.200.180.12粉质黏土、黏土25.31.991.572.730.7359736.419.017.40.410.2577.42.912.162.281.901.382.340.440.750.010.0822.495.982.054.210.180.0842.461.111.281.381.431.340.090.020.050.000.1120.030.160.110.240.430.3250.330.380.590.610.750.9725.31.991.572.730.7359736.419.017.40.410.2727.02.541.731.811.410.918820.19625.9297.23211.94.0601.8800.1200.1900.8570.7921.0910.6071.2730.7660.8570.7924912.65916.217.703.6220.513.260.360.290.350.204311.65014.818060

工指天然密 度比天然饱76克锥稠度界限固 结 试 验粘粒快 剪固结快剪三轴剪切渗 透静力标贯标贯承载力钻孔程标含水孔隙和系 数触探试验试验基本桩侧地类固 结 系 数(UU)含量内聚内摩内聚内摩岩土名称量天然干燥重系数模量-42m容许值摩阻力质别比度液限塑限塑性液性压缩压缩指数指数Cv(10 cm /s)m力擦角力擦角内聚内摩5垂直水平锥尖侧摩击数击数0力擦角(校正)层标准值ρρ0WdGseSrWLWpIpILa0.1-0.2Es50100200300400.0CφCgφgCuuφuuK阻力阻力(实测)20VK20H号4.1 参考资料

① 设计院及相关部门提供的该项目相关技术资料

② 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）——人民交通出版社

③ 《钢结构设计手册》（第二版）——中国建筑工业出版社

④ 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）

⑤ 《结构力学》——人民交通出版社

4、

⑥ 《路桥施工计算手册》——人民交通出版社

⑦ 《实用土木工程手册》——人民交通出版社

⑧ 《公路桥涵设计通用规范》——（JTG D60－2004）

4.2 计算过程中采用的部分参数

A3 钢材的允许应力：【σ】＝140MPa

A3 钢材的允许剪应力：【τ】＝85MPa

5E2.110Mpa A3 钢材的弹性模量：

16Mn 钢材（贝雷）的允许应力：【σ】＝210MPa

16Mn 钢材（贝雷）的允许剪应力：【τ】＝120MPa

516Mn 钢材（贝雷）的弹性模量：E2.110Mpa

钢结构自重分项系数：1.0

汽车荷载分项系数：1.2

4.3 设计计算参数及荷载确定

① 静载计算

1）桁架总重:

G1270461064.8KN

2）联结系总重(包括90#支撑架+销子+连接槽钢)：

G2(1532348201.68)108.8KN

3）桥面系I25a工字钢总重：

G316638.11036.6KN

4) I12a工字钢总重:

G4201213.9871033.6KN

5）1cm钢板总重：

G561278.51056.5KN

6）I40工字钢总重

G6(83.846）67.5981036.8KN

7）护栏总重

G7(811.2611823.3）102.1KN

② 活载计算

(1) 80t履带吊，吊重20t，总重为100t。履带长6.3m，每条履带宽度0.85m，两履带间距4m。

则每侧履带荷载为1000/(6.30.852)93.4KN/m

2

（2）50t混凝土罐车，轮胎接地宽度0.3m、长度0.2m，取后轮间距为1.4m，前轮间距4m。50×10=500KN

（3）SR250旋挖钻，总重74t。履带长4.6m，每条履带宽度0.8m，履带间距3.5m。

5、上部结构内力计算

5.1 贝雷架内力验算

计算跨径为L12m（取最大跨径按简支计算）。

1、弯矩

（1）履带吊纵向布置在跨中时：q1000/6.3158.7KN/m

力学求解器建模、求解：

Mmax12180.59KN•m

（2）履带吊横向布置在跨中时

q1000/(20.85)588.2KN/m

力学求解器建模、求解：

Mmax22000.3KN•m

（3）50t混凝土罐车布置在跨中时：前排轮重100KN，后排轮重200KN

力学求解器建模、求解：

Mmax31159.98KN•m

（3）恒载

q(64.88.836.633.656.52.1)/1216.9KN/m

力学求解器建模、求解：

Mmax3304.2KN•m

2、对支点剪力Q

（1）履带吊纵向前方临近支点时

力学求解器建模、求解：

Qmax1737.36KN

（2）履带吊横向前方临近支点时：

力学求解器建模、求解：

Qmax2797.88KN

（3）50t混凝土罐车行驶临近支点时：

力学求解器建模、求解：

Qmax2445KN

（4）恒载

Qmax3101.4KN

3、荷载组合

贝雷架上最大弯矩为履带吊纵向与恒载组合。

Mmax304.21.22180.592920.9KN•m[M]788.264729.2KN•m

满足要求。

扰度验算：（0.061+0.009）/6=0.012m满足要求。

贝雷架上最大剪力为履带吊横向与恒载组合。

Qmax101.41.2797.881058.9KN[Q]245.261471.2KN

满足要求。

5.2 I25横向分配梁内力验算

I25a工字钢截面参数：

2A48.51cm截面面积 单位重量g38.08kg/m

截面惯性矩I5017cm 截面抵抗矩W401.4cm

43半截面面积矩S230.7cm 翼缘平均厚 tw0.8cm。

31、弯矩

（1）履带吊纵向布置，I25间距0.75m，共8根直接受力，则每根横梁受力为：

P1000/8125KN；

力学求解器建模、求解：

弯矩图：

Mmax115.24KN•m；

（2）履带吊横向布置，2根I25直接受力，则每根横梁受力为：

P1000/2500KN；q500/6.379.37KN/m

力学求解器建模、求解：

弯矩图：

Mmax213.73KN•m

（3）恒载

q(8.836.633.656.52.1)/(166).1.43KN/m

弯矩图：

Mmax50.21KN•m

2、剪力

（1）履带吊：当履带临近支点处剪力最大

剪力图：

Qmax162.12KN

（2）恒载

剪力图：

Qmax31.11KN

3、荷载组合

I25上最大最大弯矩为履带吊纵向布置与恒载组合

Mmax0.211.215.2418.5KN•m

18.51000/401.446.1Mpa140Mpa，满足要求。

扰度验算：0.0002满足要求。

I25上最大最大剪力为履带吊与恒载组合

Qmax1.262.121.1175.6KN

75.6/4.85115.6Mpa85Mpa，满足要求。

5.3 I12纵向分配梁内力验算

I12a工字钢截面参数：

截面面积A18.1cm 单位重量g14.21kg/m

243I488cmW77.4cm截面惯性矩 截面抵抗矩

半截面面积矩S44.2cm 翼缘平均厚 tw0.5cm。

3

1、弯矩

（1）、履带吊，I12间距0.3m，2根纵梁直接受力，则每根纵梁受力为

P1000/(22)250KN；q250/6.339.68KN/m

弯矩图：

Mmax11.24KN•m

（2）、旋挖钻

P740/(22)185KN；q250/4.640.22KN/m

弯矩图

Mmax20.95KN•m

（3）、恒载

q(33.656.52.1)/(2612).0.3KN/m

Mmax30.02KN•m

2、剪力

(1)、履带吊，当履带吊横向布置，履带临近支点时剪力最大，20根I12直接受力：

P1000/2050KN

剪力图

Qmax124.84KN

（2）旋挖钻，15根I12直接受力：

P1000/1566.7KN

剪力图

Qmax233.2KN

（3）恒载

Qmax30.11KN

3、荷载组合

I12上最大最大弯矩为履带吊与恒载组合

Mmax1.21.240.021.51KN•m

1.511000/77.419.5Mpa140Mpa，满足要求。

I12上最大最大剪力为旋挖钻与恒载组合

Qmax1.233.20.1139.95KN

39.95/1.8122.1Mpa85Mpa，满足要求。

5.4 I40下横梁梁内力验算

I40a工字钢截面参数：

截面面积A86.112cm 单位重量g67.598kg/m

2

43截面惯性矩I21700cm 截面抵抗矩W1090cm

半截面面积矩S631.2cm 翼缘平均厚tw1.05cm

31、弯矩

（1）当履带吊行走时，荷载最大，每根I40所受力为：

P1000/4250KN，由6片贝雷片传递到I40上。

Mmax182.9KN•m；Qmax183.3KN

（2）恒载

q(64.88.836.633.656.536.82.1)/2119.6KN/m

Mmax239.66KN•m；Qmax239.86KN

2、荷载组合

I40上最大最大弯矩为履带吊与恒载组合

Mmax1.282.939.66139.14KN•m

139.141000/1090127.7Mpa140Mpa，满足要求。

扰度验算：（0.004+0.002）=0.006m满足要求。

I40上最大最大剪力为履带吊与恒载组合

Qmax1.283.339.86139.8KN

139.8/8.6116.2Mpa85Mpa，满足要求。

6、钢管桩验算

6.1钢管桩承载力验算

1QdR(Uqf1liqRA)

式中：Qd——单桩垂直极限承载力设计值

R——单桩垂直承载力分项系数取1.45，当地质条件复杂或永久作用所占比重较大时可取

1.55。

U ——桩身截面周长。

qf1——单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（如无当地经验值时对预制混凝土挤土桩可按

表采用）。

li——桩身穿过第层土的长度。

qR——单桩极限桩端阻力标准值(如无当地经验值时对预制混凝土挤土桩可按表采用)。

A ——桩身截面面积。

Qd=（3.14*0.6*49*103*6+800*103*0.2826）/1.45=780KN=78T，

单桩最大需承力P=（G1+G2+G3+G4+G5）/2+P活/2=634.5kN

单桩最大设计承载力〈Qd=634.5KN ，满足设计要求。

由地质资料可知：IP=16.7，IL=0.4，根据《港口工程桩基规范》查表可知：

qf1=49KPa，

qR=800KPa。根据规范，桩径小于600mm的开口钢管桩，当桩端进入良好持力层的深度大

于5倍桩径时，可认为桩端土的闭塞效应得到充分发挥。

6.2钢管桩整体受压稳定性验算

对于轴心受压柱的验算，应按实际情况选用相应的验算公式，以杆的柔度系数来确定用欧拉公式还是用强度验算公式。压杆的柔度系数按下式计算：

•li；—压杆等效长度系数，这里取2.0；L—压杆长度；i—压杆断面回转半径，

ir0Ii282.92A，这里，r0—钢管桩的平均半径。

∴

•li2•1400099282.9

压杆的临界柔度系数p，对A3钢约为100，p故此处验算，不能选用欧拉压杆稳定公式，因为控制压杆破坏的是强度破坏，而非失稳破坏，应采用强度验算公式验算。强度验算公式如下：

Pf•A；P—外加轴向荷载，这里为634.5KN；—压杆稳定系数，查相关计算手册

或材料力学中的有关压杆稳定一章中的计算表，由值查取，这里取0.906；A—毛截面积，这里为A＝0.0251m2；f—A3钢设计强度，按140MPa计算。

P63450027.9Mpaf140Mpa∴A0.02510.906，满足强度和稳定性要求。

6.3钢管桩抗倾覆验算

根据港口工程桩基规范JTJ254-98“承受水平力或力矩作用的单桩，其入土深度满足弹性长桩条件，可采用m法。

桩基础相对刚度系数:T=5√EI/mb1，

查JTJ024-85附表6.5，当地质为硬塑状粘性土时，m=10000 KN/m4

b1=0.9×(1.5d＋0.5)=1.26m

T=1.48

根据港口工程桩基规范，承受水平力或力矩作用的单桩，其入土深度满足弹性长桩条件。当采用M法时，弹性长桩，中长桩和刚性桩的划分标准可按下表确定。

因此按照此弹性长桩要求最小入土深度为：4×1.48=5.92米；

栈桥的纵向水平推力来自车辆荷载的制动力，按规范规定，制动力为荷载长度内一行汽车总重量的10%，但不小于一辆重车荷载的30%。当一联（7跨）上每跨布设一辆800kN的重车时，制动力为：P=(4×800)×10%=320 kN。根据JTJ021-89第2、3、9条，对排架式墩台所受的制动力应按墩台的刚度分配。（钢管桩φ800×10mm）桩顶制动力计算：

墩每根桩的刚度为：EI=E×3.14×(0.64－0.594) /64=4.25×10-4E m4

墩每根桩的分配的制动力为：P1=320/18=17.78 KN

E=2.1×108 KN/m2

桩的入土深度（淤泥以下）L为6m

故L/T=6/1.48=4.06＞2.5，按弹性桩基础计算，桩顶高程为12.25m，泥面高程按4.8m计算时，作用在泥面处的弯矩：

按JTJ254-98规范计算

Mo=17.78×6=106.68kN.m

C1= M0/H0 T=106.68/(17.78×1.48)=4.05

查JTJ254-98表C.2.2得换算深度h=0.48

最大弯矩作用深度：Z=0.48×1.48=0.71m

查JTJ254-98表C.2.2得C2=1.05

最大弯矩:Mmax=106.68×1.05=112.01 kN.m

W=I/R=4.25×10-4E/0.3=1.42×10-3m3

桩身应力:σmax=Mmax/W=112.01/（1.42×10-3）=78.88 Mpa

σmax＜[σW]=145 MPa

故栈桥纵向稳定性满足规范要求。