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不同软件对水中PLC管桩围堰的计算对比

2021-03-26 李工 阅读 110
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PLC钢管围堰

 

PC锁口钢管桩围堰适用于水深20m以内、水流流速为2m/s,河床为沙类土、粘性土、碎(卵)石类土和风化岩等底层条件下的高桩承台和低桩承台。

 

本文以赣州蟠龙大桥17#水中PC管桩围堰为例,采用同济启明星、理正深基坑、midas civil三种软件进行计算对比。

 

 

计算原理

 

同济启明星与理正深基坑均为按照《建筑基坑支护技术规程》等相关规范,在软件中输入土层参数、支护桩选型、工况设置后进行计算。

 

三种软件特点对比

 

1. Midas Civil

 

Midas Civil为有限元软件,在模型中按照建立单元、施工荷载、设置边界与施工阶段后运行,根据规范手动计算出水压力与土压力后加载在civil中的单元上,再根据规范计算出土层的m值,在civil中通过设置节点弹性支承(土弹簧)来模拟土层作用在钢管上,通过设置弹性连接来模拟钢管桩与围檩之间的连接,通过以上操作来模拟水中围堰整体模型。

 

2. 同济启明星与理正深基坑

 

启明星与理正优点操作简便,只需输入相关参数便可自动计算,可根据建筑基坑支护技术规程计算各项指标,同时计算严格按照相关基坑规范,结果可靠,不易出错,缺点为不是三维软件,难以考虑围堰整体结构的相互作用。启明星与理正深基坑计算原理相近,稳定性计算结果可能有细微差异。

 

3.Civil的特点

 

civil相对启明星与理正深基坑而言,缺点为操作更为复杂,参数设置需要预先计算,而且不能直接计算稳定性,只能计算出单元内力与应力、变形;优点是civil整体模型可考虑围堰管桩相互作用,同时计算结果为三维图形。

 

工程实例测算

 

工程概况

 

蟠龙大桥位于赣州市,北接工业路,南接蓉江一路。线路整体呈西北至东南走向,道路起于龙腾路南侧,终于蟠龙大桥南侧接地点。主桥采用双层桥面设计,上层车行桥按双向六车道设计;下层单侧人行通道宽度2.5m,非机动车道宽度3.5m。

 

 

赣州蟠龙大桥效果图

 

17#墩地质水文概况与围堰设计

 

17#墩自上而下土层依次为水(7m)、淤泥质粉砂(2.5m)、粉砂(0.5)、强风化泥质砂岩(4m)、中风化泥质砂岩(5m),承台尺寸为7.2m×11.2m×3m,常水位为103.0m。

 

 

钢管桩顶标高为104.25m,钢管桩进入强风化岩约4m,嵌固深度为4m,因钢管桩已进入强风化泥质粉砂岩,本承台围堰不采用封底,直接抽水至河床再开挖(边开挖边抽水)至基坑底浇筑30cm垫层。

本项目17#水中承台围堰采用PC工法桩结构形式,PC工法桩由钢管桩组成,在钢管桩两侧焊接拉森钢板桩的锁扣,通过锁口将钢板桩和拉森钢板桩组成起来,形成一道连续的钢质连续墙,钢管桩采用Φ630×14mm 规格,钢管桩长16m。

组合钢管桩平面构造图

 

组合钢管桩围堰沿竖向共设 2 道围檩,自上而下第1道围檩与支撑均采用 H400结构形式(Q345B),第2道围檩采用 2H700结构形式(Q235B),第二道支撑采用φ609×16钢管,在各组拼围檩型钢内均设有加劲板,同时根据围堰内支撑体系在围檩拐角及中部设置有斜撑连接件和对撑连接件。

 

17#承台围堰支撑平面布置示意图

 

计算结果

 

变形内力图(同济启明星)

 

变形内力图包络图(理正深基坑)

 

第一、二道支撑安装钢管桩弯矩(civil)

第二道支撑开挖到底时钢管桩应力(civil)与变形

计算结果与结论

 

▲计算结果汇总表

 

从表中可知理正、启明星计算结果相差可忽略,与civil计算结果相比启明星的计算结果偏保守,由此可知,水中围堰通过启明星二维计算是可行的。