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
1.1 承台尺寸：10.3m（横桥向）×6.4m（纵桥向）×2.5m（高度），底部设计有10.7×6.8m×1.0m的封底砼。
1.2 承台及河床高程
承台顶面设计高程为h=5.0m，河床底高程为5.5m，河床淤集深度约为30cm。
1.3 水位情况
正常水位：h常=10.8m（此时水深5.3m），最高水位hmax =11.5m（水深6.0m），围堰设计时按最高水位考虑。
1.4 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=1.0 m/s，不考虑流速沿水深方向的变化，则动水压力为：
P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN
式中：P-每延米板桩壁上的动水压力的总值（KN）；
H-水深（米）；
V-水流速度（1.0m/s）；
g-重力加速度（9.8m/s2);
B-钢板桩围堰的计算宽度，B=10m；
D-水的密度（10KN/m3）;
K-系数，（槽形钢板桩围堰K=1.8~2.0，此处取1.8）。（参照《公路施工手册》，假定此力平均作用于钢板桩围堰的迎水面一侧。）
1.5 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，设计图见图1、图2。
图1 钢板桩围堰设计图（立面）
围堰顶面标高拟定为12.5m，高出最高水位1.0m。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（施工中严格执行钢结构施工规范）。为确保整个围囹的刚度和稳定性，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。
图3 钢板桩围堰图(平面)
3 围囹（支撑）内力计算
3.1 确定受力图式
3.1.1 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=1.5 m处，即承台底2.0m处。（封底砼厚度采用50cm）
3.1.2 动水压力
P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN
3.1.3 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'=19.4-9.8=9.6KN/m3，ιj=30~50Kpa，σ=100KPa。
3.1.4 经分析可知迎水面为最不利受力面，以此为计算面。所承受荷载假定由两根工字钢平均承担，计算两根工字钢的共同受力，受力图如图4所示。
图4 钢板桩围堰受力图式
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2734.95KN，最大弯矩为1117.59KN。
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4.5m，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
5.1 应力
由内力计算结果可知，Mmax=1117.59KN·M。钢板桩外缘拉应力σ=Mmax/W=123MPa＜340MPa(容许应力)，满足要求。
5.2 变形
经计算，各单元跨中变形值如表1所示。
表1 各单元跨中变形值
单元号 横向位移υ（mm）
1

共3页: 上一页 1 [2] [3] 下一页