钢板桩围堰的设计与施工

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1、钢板桩围堰的设计与施工钢板桩围堰的设计与施工方立新孟宪刚　　(江苏捷达交通工程集团公司,江苏淮安223001)　　摘要：根据钢板桩围堰的实际受力状况建立力学模型。通过理论计算确定钢板桩围堰的实际受力，并通过实际施工情况验证该方法的可行性。比规范中采用的经验算法具有更高的精确性和安全性，能够更好的满足工程施工需要。　　关键词：钢板桩围堰；设计；施工　　目前，对于钢板桩围堰的设计主要是沿用《公路桥涵施工手册》和教科书中的经验算法。由于经验算法带有很大的近似性，并不一定能够真实反映钢板桩围堰的实际受力状况，有时会出现较大的偏差，给围堰的使用带来很多不安全因素。笔者在洪泽

2、苏北灌溉总渠大桥施工中，为避免出现较大的变形，在对钢板桩围堰设计时采用了理论算法。经实践检验，理论算法能够较为精确的反映围堰的实际受力状况，对于合理设置内支撑和减小封底厚度起到了重要的保证作用。下面就钢板桩围堰的设计与施工做详细论述：　　1已知条件　　承台尺寸：××，底部设计有××的封底砼。　　承台及河床高程　　承台顶面设计高程为h=，河床底高程为，河床淤集深度约为30cm。　　水位情况　　正常水位：h常=，最高水位hmax=，围堰设计时按最高水位考虑。　　水流速度　　因该桥位于水电站下游，水流较为湍急。设计时速V=m/s，不考虑流速沿水深方向的变化，则动水压力为

3、：　　P=10KHV2×B×D/2g=　　式中：P-每延米板桩壁上的动水压力的总值；　　H-水深；　　V-水流速度；　　g-重力加速度;　　K-系数，。　　河床水文地质条件　　河床土质良好，多为粘土、亚粘土，局部有亚砂土，承载力较强。围堰基底至河床部分土质为粘土(层厚约2m)、亚砂土(硬塑状态，很湿，层间无承压水，层厚约为1m)。　　2拟定方案　　结合河床地质情况及施工要求，拟采用日本产钢板桩进行围堰施工，长度为15m，宽度为40cm，厚度为18cm。　　围堰顶面标高拟定为，高出最高水位。围堰设计图3，所有内围囹均采用56b工字钢制作，节点采用焊接。为确保整个围囹

4、的刚度和稳定性，对每层中间一道工字钢上面加焊型钢并将上下四道工字刚用25#槽钢焊接连接。在施工期间安排专人值班以防吊物碰撞。　　3围堰内力计算　　确定受力图式　　钢板桩嵌制形式　　河床底部土质较为密实，假定钢板桩底部嵌固于(钢板桩入土深度)t/3=m处，即承台底处。　　动水压力　　P=10KHV2×B×D/2g=　　河床土质为亚粘土，为不透水层，但考虑到钢板桩施工中会引起板侧土体的扰动，缝隙里充满水，所以考虑水压力的影响。土压力计算取用浮容重，　　Υ'==/m3，ιj=30~50Kpa，σ=100KPa。　　经分析可知迎水面为最不利受力面，以此为计算面。所承受荷载

5、假定由两根工字钢平均承担，计算两根工字钢的共同受力。　　由受力图式可知，此结构为四次超静定结构，因计算较为繁琐，计算过程不在此详细叙述，得出最大支撑力为，最大弯矩为。　　4验算钢板桩的入土深度是否满足要求　　钢板桩入土深度达，从桥位处地质勘探资料分析，持力层中无承压水，如经计算各道支撑的受力均能满足要求，可不验算钢板桩的入土深度。　　5根据求得的内力验算钢板桩的受力状态及变形情况　　应力　　由内力计算结果可知，Mmax=·M。钢板桩外缘拉应力σ=Mmax/W=123MPa＜340MPa(容许应力)，满足要求。　　变形　　经计算，各单元跨中变形值如表1所示。　　表1

6、各单元跨中变形值　　单元号横向位移υ　　17　　210　　32　　45　　53　　63　　6验算工字钢的受力状态　　轴向受力　　由计算可知，最大支撑反力发生在第二道围囹处，其数值为，因工字钢与钢板桩连接处均采用焊接，且角撑刚度较大，不考虑其失稳，仅考虑纵向挠曲，系数取ζ=2，此时其承载力　　P=×10-4m2×340×106N/m2/2=4980KN，　　安全系数n=4980/=，其承载力满足要求。　　横向工字钢的抗弯能力　　假定支撑反力P=平均作用在横向工字钢上，荷载集度q=/=/M。经计算，对工字钢跨中产生的最大弯矩Ml/2=·M。工字钢抵抗弯矩M`=1000

7、KN·M。安全系数N=1000/=，承载力满足要求。　　工字钢挠度　　在上述弯矩的作用下，计算出工字钢的跨中挠度L=14mm，满足施工及使用要求。　　7钢板桩竖向承载力的验算　　因此钢板桩围堰将利用作为钻机平台，其承受的竖向荷载有：　　钻机及其配套设备自重：150KN；　　支架及其他施工荷载：100KN；　　钢板桩自重：1300KN；　　围囹自重：300KN。　　合计：1850KN　　上述竖向荷载全部靠钢板桩侧摩阻力及其桩尖反力承担，查相关规范及工程地质报告，计算如下:　　桩侧摩阻力P1=×2××10=2668KN;　　桩尖反力P2=117根×/根×100KPa=

8、104KN