钻孔平台计算书

第施工－Ⅱ标段XX黄河特大桥

钻孔平台方案

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XXXX集团有限公司XXXX铁路工程指挥部

二00六年十月十日

钻孔平台方案

1、编制依据及规范标准

1．1、编制依据

（1）、现行施工设计标准

（2）、铁三院土工试验报告

（3）、现行施工安全技术标准

1.2、规范标准

（1）、公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）

（2）、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）

（3）、钢结构设计规范（GB50017-2003）

2、主要技术标准及参数

钻孔平台平面尺寸：24.5m×22m；

钻孔平台顶高程：1112.05m；

计算荷载：

振动锤：

型号：DZ90

自重：7.045t

允许上拔力：25.5t

50t履带吊

自重：50t

履带吊荷载按最大拔桩力加整机自重考虑：75.5t

公路Ⅰ级汽车荷载

检算原则：容许应力法

50t履带吊参数：履带长度：4.5m，宽度：0.7m，履带中心距：2.5m

3、主要工程数量

一个钻孔平台工程数量见下表：

钻孔平台考虑50t履带吊、罐车荷载及机具设备等堆放荷载作用，钻孔平台结构如下图所示，根据从上到下的原则依次计算如下：

4.1、移动面板计算

考虑钻机移动后能及时将孔洞部分铺设上型钢，便于机械及人员操作和安全，故走道板采用预制安装的活动板。活动板尺寸分3.5m×3.1m和2.0m×3.1m，按2.0m×3.1m检算。50t履带吊履带长×宽＝4.5m×0.70m。

4.1.1、面板计算

面板采用δ＝10mm钢板，钢板焊接在间距l＝40cm的I14工字钢上，面板与栈桥相同，不再检算。

4.1.2、I14纵梁计算

I14工字钢焊接在间距75cm的I25b槽钢上，按简支梁检算。

4.1.2.1、荷载计算

按最不利情况履带吊拔桩时全部荷载作用在一根I14工字钢纵梁上，荷载大小为，自重荷载为，均不荷载大小为。

4.1.2.2、材料力学性能参数及指标

       ，   

4.1.2.3、力学模型

4.1.2.4、承载力检算

采用清华大学SM Solver 进行结构分析：

a、强度检算

，合格；

，合格；

b、刚度检算

，合格。

4.1.3、[25c工字钢横梁计算

I14工字钢焊接在[25c槽钢横梁上，[25c槽钢横梁间距0.50m，按简支梁计算，跨径2.0m。按履带吊荷载作用在2根[25c槽钢上的最不利工况检算。

4.1.3.1、荷载计算

履带吊按均布荷载，

[25c自重，

桥面板自重：，

I14工字钢自重按集中荷载计： 

均布荷载大小为。

4.1.3.2、材料力学性能参数及指标

   ，

4.1.3.3、力学模型

4.1.3.4、承载力检算

采用清华大学SM Solver 进行结构分析：

a、强度检算

，合格；

，合格；

b、刚度检算

，合格。

4.2、平台纵梁计算

考虑平台钻机挠动及拔桩力作用，为保证平台稳定，纵梁采用2I45a工字钢间断焊接成整体，工字钢跨径按4.0m简支梁计算，按最不利状况履带吊荷载作用在2根2I45a工字钢纵梁上。

4.2.1、荷载计算

按最不利荷载履带吊荷载作用在4根I45a工字钢纵梁上:

；

每平米移动面板自重（按G型面板计算)：

4.2.2、材料力学性能参数及指标

   ，

4.2.3、力学模型

4.2.4、承载力检算

采用清华大学SM Solver 进行结构分析：

a、强度检算

，合格；

b、刚度检算

，合格。

4.3、工字钢分配梁检算

钢管桩顶分配梁采用2根45a工字钢，按最不利情况2根45a工字钢分配梁承受履带吊荷载，分配梁跨径按4.0m计算。

4.3.1、荷载计算

履带吊荷载按集中计算：。

分配梁自重：；

移动面板及纵梁自重：

；

集中力： 

4.3.2、材料力学性能参数及指标

      ，

4.3.3、力学模型

4.3.4、承载力检算

采用清华大学SM Solver 进行结构分析：

a、强度检算

，合格；

，合格。

b、刚度检算

，合格。

4.4、栈桥与平台连接走道板

走道板面板及面板下I14纵梁与栈桥相同，不再检算，I14纵梁下采用2[20a工字钢焊接在栈桥45a工字钢与钻孔平台45a工字钢横梁上，间距40cm,跨径1.5m，按最不利情况履带吊均布荷载作用在两根I20上检算。

4.4.1、荷载计算

履带吊荷载：；

面板及I14均布荷载：；

均布荷载为：。

4.4.2、材料力学性能参数及指标

  ，

4.3.3、力学模型

4.3.4、承载力检算

采用清华大学SM Solver 进行结构分析：

a、强度检算

，合格；

，合格。

b、刚度检算

，合格。

4.5、一般冲刷深度计算

平台基础采用Φ500×7mm钢管桩，护筒直径Φ1900mm，每座平台迎水面5排钢管桩，5排护筒。根据施工需要，考虑两个平台同时施工，因钢板桩围堰施工时钻孔平台已拆除，故仅考虑河漫滩便道及平台护筒的阻水面积（钢管桩阻水面积小，不计其阻水面积），护筒阻水按最大水深5.7m计算。水位按十年一遇1111.55m计，天然状态下河槽部分过水面积AC＝2522m2，天然状态下河滩部分过水面积353m2；河漫滩阻水面积AZ1=1053m2，护筒阻水面积AZ2＝1.9×5.7×4×2＝87m2，阻水后过水面积为AJ＝AC-AZ1-AZ2=2875-1053-86=1735m2，流速按2.0m/s计算。

按公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）第7.3.1条非粘性土河床的一般冲刷公式7.3.1-1式：

式中：

hp—桥下一般冲刷后的最大水深（m）；

Qp—频率为P％的设计流量（m3/s）；

Q2—桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s），当河槽能扩宽至全桥时取用QP；

Qc—天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）；

Qt1—天然状态下桥下河槽部分设计流量（m3/s）；

Bcg—桥长范围内的河槽宽度（m）, 当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；

Bz—造床流量下的河槽宽度（m），对复式河床可取平滩水位时河槽宽度；

λ—设计水位下，在Bcg宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；

μ—桥墩水流侧向压缩系数，按表7.3.1-1确定；

hcm—河槽最大水深（m）；

Ad—单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当Ad>1.8时，Ad值可采用1.8；

Hz—造床流量下的河槽平均水深（m），对复式河床可取平滩水位时的河槽平均水深。

Bc—河槽宽度（m）；

部分计算值如下：, ,

一般冲刷后河床面高程为：1111.55-9.3＝1102.25m

4.6、钢管桩局部冲刷计算

按公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）第7.4条墩台局部冲刷计算式65-2计算：

65-2式：当     

当     

式中：

hb－桥墩局部冲刷深度（m）；

Kξ－墩形系数，可按附录B选用；

B1－桥墩计算宽度（m）；

hp－一般冲刷后的最大水深（m）；

－河床泥沙平均粒径（mm）；

Kη2－河床颗粒影响系数；

V0－河床泥沙起动流速（m/s）；

－墩前泥沙起冲流速（m/s）；

n2－指数；

V－一般冲刷后墩前行近流速（m/s），按公路工程水文勘测设计规范（JTG 

C30-2002）7.4.4条规定计算；

其中：

Vc－河槽平均流速（m/s）；

hc－河槽平均水深（m）；

Ad－单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当Ad>1.8时，Ad值可

采用1.8；

Q2－桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s）当河槽能扩宽至全桥时取用Qp；

Qc－天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）；

Bcg－桥长范围内的河槽宽度（m），当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；

μ－桥墩水流侧向压缩系数，按表7.3.1-1确定；

λ－设计水位下，在Bcg宽度范围内，桥墩阻水面积与过水面积的比值；

hcm－河槽最大水深（m）；

计算取值如下：

4.7、钢管桩承载力及稳定性检算

4.7.1、承载力计算

采用Φ500×7mm钢管桩，钢管桩竖向荷载根据结构形式，按履带吊拔桩时荷载作用在履带吊一侧履带上的最不利情况检算，荷载如下：

分配梁自重：；

I45a工字钢纵梁：；

移动面板荷载：；

均布荷载：；

钢管自重：；

力学模型如下：

经计算最大支反力为：。即为钢管桩轴向荷载。

查《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）得沉桩的容许承载力：

式中：

[P]——单桩轴向受压容许承载力（kN），当荷载组合Ⅱ或组合Ⅲ或组合Ⅳ或组合Ⅳ作用时，可提高25％,（荷载组合Ⅰ中如含有收缩，徐变或水浮力的荷载效应，也应同样提高）；

U——桩的周长（m）；

——承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度（m）；

——与对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（kPa）；按表4.3.2-4采用；

——桩尖处土的极限承载力（kPa），按表4.3.2-5采用；

、——分别为震动沉桩对各土层桩周摩擦力和桩底承压力的影响系数，按表4.3.2-6采用。对于锤击沉桩其值均取为1.0。

表4.3.2-6

    有效桩长从局部冲刷线向下计算。承载力计算时不计钢管桩端承力，则沉桩容许承载力为： ，、按亚砂土取值0.9,地质资料取05-ZD-14540钻探点，该点地面高程为1110.62m，局部冲刷线高程1099.8m，详见表-3： 

表-3

。

桩底高程为：1099.9-17.05＝1082.85m。桩顶高程＝1112.05-（0.01+0.14+0.25+0.45+0.20）＝1111.0m，桩长：1111.0-1082.85＝28.15m。 

4.7.2、钢管桩稳定性检算

钢管桩轴向压力为P＝6kN，自由长度为l0＝1111.0-1099.9＝11.1m，i＝174，，按b类截面查稳定系数为。

，合格。

4.8、钢护筒入土深度计算

主要考虑局部冲刷深度及动水压力影响，动水压力主要由一定的入土深度取得被动土压力来平衡，根据这一原则计算如下。

4.8.1、钢护筒局部冲刷计算

仍采用6.5节计算公式，取值如下：

4.8.2、钢护筒入土深度计算

按两种工况计算，工况一：不计冲刷，河床面按一般冲刷线起算；工况二：考虑冲刷，河床面按局部冲刷线起算。

4.8.2.1、工况一

钢护筒承受的动水压力主要由钢护筒入土深度所提高的被动土压力来平衡。

（1）、荷载计算

钢护筒动水压力按式计算，水深10m。

（2）、检算模型

（3）、剪力图

被动土压力作用点处因动水压力产生的压力为P=127kN。

被动土压力（采用朗金公式）按入土1.5m（深入局部冲刷线以下长度）计算：

对于砂性土： 

被动土压力合力：，可保证护筒稳定。

4.8.2.2、工况二

（1）、荷载计算

钢护筒动水压力按式计算，水深为14.45m。

动水压力为：；

（2）、检算模型

（3）、剪力图

被动土压力作用点处因动水压力产生的压力为P＝615kN。

被动土压力（采用朗金公式）按入土2m（深入局部冲刷线以下长度）计算：

对于砂性土： 

被动土压力合力： 

被动土压力合力：，可保证护筒稳定。

故护筒入土深度按2.0m计。

护筒顶高程1111.7m，护筒底高程1097.01-2.0=1095.01m，护筒长度为1111.7-1095.01＝16.69m。为确保护筒及施工安全，在平台以下，水面以上0.5m位置设一道支撑固定护筒。