鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)與施工

　　鋼板樁圍堰的理論算法能夠較為精確的反映圍堰的實(shí)際受力狀況，對(duì)于合理設(shè)置內(nèi)支撐和減小封底厚度起到了重要的保證作用。

　　目前，對(duì)于鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)主要是沿用《公路橋涵施工手冊(cè)》和教科書(shū)中的經(jīng)驗(yàn)算法。由于經(jīng)驗(yàn)算法帶有很大的近似性，并不一定能夠真實(shí)反映鋼板樁圍堰的實(shí)際受力狀況，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，給圍堰的使用帶來(lái)很多不安全因素。洪澤蘇北灌溉總渠大橋施工中，為避免出現(xiàn)較大的變形，在對(duì)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)時(shí)采用了理論算法。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，理論算法能夠較為精確的反映圍堰的實(shí)際受力狀況，對(duì)于合理設(shè)置內(nèi)支撐和減小封底厚度起到了重要的保證作用。

　　下面就鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)與施工做詳細(xì)論述：

　　1 已知條件

　　1.1 承臺(tái)尺寸：10.3m（橫橋向）×6.4m（縱橋向）×2.5m（高度），底部設(shè)計(jì)有10.7×6.8m×1.0m的封底砼。

　　1.2 承臺(tái)及河床高程承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)高程為h=5.0m，河床底高程為5.5m，河床淤集深度約為30cm.1.3水位情況正常水位：h常=10.8m（此時(shí)水深5.3m），最高水位hmax=11.5m（水深6.0m），圍堰設(shè)計(jì)時(shí)按最高水位考慮。

　　1.4 水流速度因該橋位于水電站下游，水流較為湍急。設(shè)計(jì)時(shí)速V=1.0m/s，不考慮流速沿水深方向的變化，則動(dòng)水壓力為：P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN式中：P-每延米板樁壁上的動(dòng)水壓力的總值（KN）；H-水深（米）；V-水流速度（1.0m/s）；g-重力加速度（9.8m/s2）；B-鋼板樁圍堰的計(jì)算寬度，B=10m；D-水的密度（10KN/m3）；K-系數(shù)，（槽形鋼板樁圍堰K=1.8～2.0，此處取1.8）。（參照《公路施工手冊(cè)》，假定此力平均作用于鋼板樁圍堰的迎水面一側(cè)。）

　　1.5 河床水文地質(zhì)條件河床土質(zhì)良好，多為粘土、亞粘土，局部有亞砂土，承載力較強(qiáng)。圍堰基底至河床部分土質(zhì)為粘土（層厚約2m）、亞砂土（硬塑狀態(tài)，很濕，層間無(wú)承壓水，層厚約為1m）。

　　2 擬定方案

　　結(jié)合河床地質(zhì)情況及施工要求，擬采用日本產(chǎn)鋼板樁進(jìn)行圍堰施工，長(zhǎng)度為15m，寬度為40cm，厚度為18cm.圍堰頂面標(biāo)高擬定為12.5m，高出最高水位1.0m.圍堰設(shè)計(jì)圖3，所有內(nèi)圍囹均采用56b工字鋼制作，節(jié)點(diǎn)采用焊接（施工中嚴(yán)格執(zhí)行鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范）。為確保整個(gè)圍囹的剛度和穩(wěn)定性，對(duì)每層中間一道工字鋼上面加焊型鋼并將上下四道工字剛用25#槽鋼焊接連接。在施工期間安排專人值班以防吊物碰撞。

　　3 圍堰（支撐）內(nèi)力計(jì)算

　　3.1 確定受力圖式

　　3.1.1 鋼板樁嵌制形式河床底部土質(zhì)較為密實(shí)，假定鋼板樁底部嵌固于（鋼板樁入土深度）t/3=1.5m處，即承臺(tái)底2.0m處。（封底砼厚度采用50cm）

　　3.1.2 動(dòng)水壓力P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN

　　3.1.3 河床土質(zhì)為亞粘土，為不透水層，但考慮到鋼板樁施工中會(huì)引起板側(cè)土體的擾動(dòng)，縫隙里充滿水，所以考慮水壓力的影響。土壓力計(jì)算取用浮容重，Υ'=19.4-9.8=9.6KN/m3，ιj=30～50Kpa，σ=100KPa.

　　3.1.4 經(jīng)分析可知迎水面為最不利受力面，以此為計(jì)算面。所承受荷載假定由兩根工字鋼平均承擔(dān)，計(jì)算兩根工字鋼的共同受力。由受力圖式可知，此結(jié)構(gòu)為四次超靜定結(jié)構(gòu)，因計(jì)算較為繁瑣，計(jì)算過(guò)程不在此詳細(xì)敘述，得出最大支撐力為2734.95KN，最大彎矩為1117.59KN.

　　4 驗(yàn)算鋼板樁的入土深度是否滿足要求

　　鋼板樁入土深度達(dá)4.5m，從橋位處地質(zhì)勘探資料分析，持力層中無(wú)承壓水，如經(jīng)計(jì)算各道支撐的受力均能滿足要求，可不驗(yàn)算鋼板樁的入土深度。

　　5 根據(jù)求得的內(nèi)力驗(yàn)算鋼板樁的受力狀態(tài)及變形情況

　　5.1 應(yīng)力由內(nèi)力計(jì)算結(jié)果可知，Mmax=1117.59KN？M.鋼板樁外緣拉應(yīng)力σ=Mmax/W=123MPa<340MPa（容許應(yīng)力），滿足要求。

　　5.2 變形經(jīng)計(jì)算，各單元跨中變形值如表1所示。表1各單元跨中變形值單元號(hào)橫向位移υ（mm）

　　6 驗(yàn)算工字鋼的受力狀態(tài)

　　 目前，對(duì)于鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)主要是沿用《公路橋涵施工手冊(cè)》和教科書(shū)中的經(jīng)驗(yàn)算法。由于經(jīng)驗(yàn)算法帶有很大的近似性，并不一定能夠真實(shí)反映鋼板樁圍堰的實(shí)際受力狀況，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，給圍堰的使用帶來(lái)很多不安全因素。筆者在洪澤蘇北灌溉總渠大橋施工中，為避免出現(xiàn)較大的變形，在對(duì)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)時(shí)采用了理論算法。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，理論算法能夠較為精確的反映圍堰的實(shí)際受力狀況，對(duì)于合理設(shè)置內(nèi)支撐和減小封底厚度起到了重要的保證作用。

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