水中围堰计算.doc

   设计计算土的物理参数
   1、根据钢板桩允许抵抗弯矩，计算板桩悬臂部分的最大允许跨度。
　　2、计算板桩墙上水土压力强度等于零的点离挖土面距离y，在y处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后的主动土压力与水压力之和。即：
　　钢板桩围堰施工方法
　　1、施工准备将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过800～1000℃），焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。同时接头强度与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形，在焊接时，先对焊，再焊接加固板，对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。
　　插打钢板桩之前须检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门的检查，确保线路畅通，功能正常。且功率达到40KW以上，而夹板牙齿磨损不宜太多。
　　2、第一层支承设置在插打钢板桩前需设定位桩及定位横梁。定位桩采用钢管桩，定位桩可利用水上施工平台四周的钢管。定位横梁延承台外侧四周，距承台边沿1.5处布置，也是钢板桩围堰的第一层围菱支护，采用2I40工字钢。定位横梁的位置须严格遵照设定的标高布置。定位横梁安放在定位钢管四周侧，与钢管相连接，四角设两道2I30斜撑，斜撑与横梁呈45度夹角，采用焊接固结连接，然后安装纵向φ300内支承钢管，钢管支承两端头处加焊钢板作为支承面，直接支撑在定位横梁上，钢管与横梁连接设一定的加劲块。
　　3、插打钢板桩在第一层定位支承安装完成后即可进行插打钢板桩施工。
　　在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后一部分时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉，使之合拢。合拢后，再逐根打到设计深度，在用倒链或滑车组对拉时不要过猛，以防止合拢段缝隙过大。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。
　　在施工过程中，钢板桩如需拼接时，两端钢板桩要对正，可先在一端上面焊接一块限位板然后将另一端缓缓放下并进行对焊，再焊接加强板。焊接时必须保证焊接面平整且焊缝有足够厚度。
　　插打钢板桩要充分采取止水措施，以防钢板桩围堰大量漏水。
　　4、钢板桩围堰抽水及安装内支承安装内撑与抽水交替进行。
　　第一次抽水后水面达到第一层支承底4m以下即可安装第二层内支承。安装第二层内支承前先按确定的标高位置在钢板桩内壁焊上三角托架，托架采用槽钢，安装托架一定要采取措施保证顶面位于同一水平面上。然后安装2I50工字钢内支承横梁及斜撑，最后安装纵向钢管支撑，安装方式同第一层内支承。
　　第二层内支承安装完成后，然后进行第二次抽水，接着进行第三层支护，最后进行第三次抽水，第三次抽水要全部将钢板桩围堰内的水抽干。
　　钢板桩围堰内抽水完成后，将露出承台底面部分的钢护筒全部切割拆除。
　　钢板桩围堰抽水过程中要加强钢板桩的止水堵漏措施。
　　5、钢板桩围堰封底将围堰内水抽完后，将定位钢管拔出，然后进行基底处理。
　　首先，由于承台底面悬空，先在围堰内基底抛填约30～50cm厚片石，然后回填一定量河砂找平基底面至承台底面下50cm，然后基底干封50cm厚C30砼。封底前在底部钢板桩四周用编织袋或土工布将钢板桩与封砼隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。
　　封底后标高不能高于承台底设计标高，封底砼顶面保证基本平整。
　　封底砼采用泵送，按一般砼施工进行。封底时由一边向另一边推进，但保证连续、不间断、不留接缝、一次性完成。
　　6、内支承拆除与拔桩水中大体积混凝土承台根据实际情况计划分三次浇筑，最底下5m分两次浇筑，顶上加台部分另再进行性一次浇筑。内支承依次分三次拆除。第一层承台浇筑完成后，在承台与钢板桩间回填沙，然后拆除底层内支承；第二层承台浇筑完成后，在承台与钢板桩间回填沙，然后拆除第二层内支承；最后一层承台施工全部完成后，拆除底层内支承，最后拔除钢板桩。
　　拔桩时，尽量使板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。先略锤击振动各拔高1～2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。

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。 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。 　　3 围堰（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。 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    7     2    10     3      2       4       5       5       3        6        3 　　 6 验算工字钢的受力状态 　　6.1 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2734.95KN，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=292.9×10-4m2×340×106N/m2/2=4980KN， 安全系数n=4980/2734.95=1.8，其承载力满足要求。 　　 6.2 横向工字钢的抗弯能力 假定支撑反力P=2734.95KN平均作用在横向工字钢上（长度按8.8m计算），荷载集度q=2734.95/8.8=310.8KN/M。经计算，对工字钢跨中产生的最大弯矩Ml/2=864.5KN·M。工字钢抵抗弯矩M`=1000KN·M。安全系数N=1000/864.5=1.15（此处未考虑钢板桩与工字刚的共同作用，实际情况应更为安全），承载力满足要求。 　　 6.3 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： 　　 7.1 钻机及其配套设备自重：150KN； 　　 7.2 支架及其他施工荷载：100KN； 　　7.3 钢板桩自重：1300KN； 　　 7.4 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=（13.8+9.6）×2×5.7×10=2668KN; 桩尖反力P2=117根×8.85E-3M2/根×100KPa=104KN 合计: =2668+104=2772KN 安全系数N=2772/1850=1.5，承载力满足要求。 　　8 围堰整体稳定性验算 　　钢板桩围堰的整体稳定性仅表现围堰在动水压力作用下的抗倾覆能力。该动水压力与钢板桩入土深度范围内所受的土压力相平衡。因钢板桩围堰底部嵌入地基中达4.5米，在动水压力作用下所能承受的土压力要比动水压力要大的多，此处可不必验算，其整体稳定性应能得到很好的保证。 　　 9 施工中注意事项 　　该钢板桩围堰在整个工程施工中极为顺利，经实测各单元的变形与计算结果相符。施工中要注意以下几点： 　　9.1 钢板桩的堵漏 一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝。刚开始时我们也采用此法，效果不是很理想，后在钢板桩全部插打