桩式护岸在复式河道断面设计中的应用研究.pdf

年第 期水利技术监督工程实践:/桩式护岸在复式河道断面设计中的应用研究李 昱 肖 宁 吴人杰 姜子岳(江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司 江苏 苏州 常州市新北区水利管理服务中心 江苏 常州)摘要:苏南区域河道工程受征地拆迁等影响多采用下坡上墙式复式断面 局部受限区域采用桩式护岸 现有桩式护岸墙前计算假定多以矩形断面为主 复式断面梯形区域难以有效量化 从河道常用设计断面出发 采用二维有限元的方式对复式断面与矩形断面进行模拟分析 从而为复式河道断面中桩式护岸的计算提供依据 节约了工程建设成本 具有重要的推广意义与价值关键词:复式断面 桩式护岸 结构内力中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:李 昱(年)男 工程师:近些年河道治理常用的断面型式主要有:“斜坡式(全断面放坡)”、“直墙式(矩形断面)”以及“下槽上坡式(下部直立墙 上部放坡)”及“下坡上槽式(下部放坡 上部直立墙)”种“直墙式”土地资源节约集约利用率最高 但是设计断面尺寸较大 工程建设费用高 经济性差“下槽上坡式”在河槽底部新建直立挡墙 但是水下挡墙对船舶通行存在较大安全隐患“斜坡式”征地范围广 拆迁量大 集镇区域不适用 苏南区域河道沿线经济发达 土地资源紧缺 为减少工程征地和拆迁 统筹兼顾引排过流能力、航运安全、亲水性与景观性等 多采用下坡上槽式复式断面 其中临河为企业、生活广场或居民建筑物群楼等不具备条件大不开挖的特殊地段宜采用桩式护岸 具体断面如图 所示图 下坡上槽式河道复式断面示意图常规桩式结构计算墙前多为矩形断面 河底至墙前平台梯形区域对护岸结构的内力计算缺乏理论依据 工程上多采用工程经验将其简化为矩形断面进行计算 桩式护岸的内力及位移主要由前后填土高差及土质等相关因素决定 墙前梯形区域的简化方案直接影响了工程的安全性及经济性 如简化方案过于保守将会显著增加桩式护岸的长度及尺寸增加工程投资为了解决上述问题 本文以河道常规复式灌注桩护岸为例 采用二维有限元的计算方式 对下坡上槽式复式断面桩身内力进行计算 并试算出相同边界条件下内力相等的矩形断面墙前填土高程 从而为桩式护岸的简化提供相关依据 并就不同的边界条件对其影响展开进一步研究研究发现 桩式护岸的计算简化与土质、桩前后填土高差、墙前平台宽度及坡比相关 并就其变化规律进行总结 为后续类似工程设计提供参考 计算模型及方法根据计算分析 复式断面桩式护岸内力影响因素主要有以下几个:土质、桩前平台高程、河道开挖坡比 河底高程、桩后地面高程 以及桩前平台宽度 等 具体如图 所示本文计算按平面有限元的思想 用 软件对相关工况进行建模计算 首先计算出复式断工程实践水利技术监督 年第 期面桩身内力分布 然后对矩形断面简化高程(后简称为)进行试算 找出相似内力分布时对应的值图 桩式护岸的计算参数示意图 计算参数及假定 计算假定及边界条件桩式护岸内力计算是在各土层土质均匀的前提下进行 软件内力计算仅与泊松比及土层弹性模量相关 本文近似采用不同的弹性模量来模拟不同土质情况对 的影响 计算荷载的选取考虑到计算模型的局限性 桩身前后的内力差采用上部附加荷载 进行模拟 矩形断面简化高程 的确定矩形断面简化高程 主要根据各工况跨中最大弯矩确定 具体方法为初步拟定 数值 采用 建模计算得出桩身弯矩分布图 将其与复式断面情况下计算数值对比 通过试算最终确定其对应值本文采用控制变量法 研究不同因素变化对的影响 考虑到相关参数过多 并结合苏南地区 河 道 相 关 设 计 断 面 取 桩 前 平 台 高 程 为 河底高程为 其他相关计算工况见表 不同因素对矩形断面简化高程的影响分析 土质 软件中内力计算相关参数仅与弹性模量与泊松比相关 本文为初步探究土质情况对 的影响 根据实际工程中采用的土层情况选取不同的弹性模量值 对其进行计算分析 计算结果见表 由计算结果可知 弹性模量越大 值越大说明土壤压缩性越弱 桩前梯形填土对桩身作用效果越明显 但是随着弹性模量提高 值变化趋缓 说明土层的压缩性对矩形断面简化高程影响有限表 计算工况参数表序号弹性模量/附加荷载/(/)桩前平台宽度/河道开挖坡比 表 不同土质下断面简化高程计算成果表序号/(/)/附加荷载不同附加荷载作用下断面简化高程计算成果见表 表 不同附加荷载作用下断面简化高程计算成果表序号/(/)/为研究不同填土高差对矩形断面简化高程的影响 近似采用桩后地面附加荷载的作用形式进行模拟 由上述计算结果可知 当桩后地面附加荷载越 年第 期水利技术监督工程实践大 则矩形断面简化高程 越小 即矩形断面简化需考虑桩式护岸填土高差(包括墙后附加荷载余同)的影响 主要是因为随着填土高差的增大土压力增大 河道复式断面桩前梯形平台的抗力减弱 矩形断面简化高程降低 桩前梯形断面相关参数固定河底高程及桩前平台高度的前提下 桩前梯形断面相关参数主要包括桩前平台宽度 及河道开挖坡比 不同断面参数时简化高程计算成果见表 表 不同断面参数时简化高程计算成果表序号/(/)/由表 可知 矩形断面简化高程随着桩前平台宽度及河道开挖坡比的增大而增大 即桩前梯形断面越大 简化高程 越大 为进一步量化比较不同桩前梯形断面相关参数对矩形断面简化高程的影响 将桩前平台宽度 及河道开挖坡比 的变化统一换算为河底至桩身距离 并绘制不同参数变化情况下 与 的关系图 如图 所示图 桩前平台计算参数示意图由图可知当 相同时 增大桩前平台宽度 比增加河道开挖坡比 对矩形断面简化高程 的提升效果更明显 当河道设计采用桩式护岸时 宜增大墙前平台宽度 能有限减小桩身结构内力 优图 不同参数变化情况下 与 关系图化结构设计 从而减小工程投资 结语()桩式护岸的计算简化与土质、桩前后填土高差、墙前平台宽度及坡比相关 具体工程应用过程中宜根据实际边界条件进行复核计算()土壤压缩性越弱 桩前梯形填土对桩身作用效果越明显 但是随着压缩性的提高 矩形断面简化高程变化不大()填土高差的越大 河道复式断面桩前梯形平台的抗力越弱 矩形断面简化高程越低()增大桩前平台宽度 及河道开挖坡比 能提升矩形断面简化高程 其中增大桩前平台宽度 效果更为明显 实际河道设计过程中宜尽量增大桩前平台 能有效优化桩式护岸结构()桩式护岸计算前宜根据不同情况对矩形断面简化高程进行计算分析 既保证工程的安全性 又要结合计算结果优化设计 节约工程投资参考文献 陈亚军 牛奔 张跃.郑集河预制桩式护岸技术探讨.中国水利():.陈红波 王强 吴芳.预制桩板组合护岸在新沟河延伸拓浚工程中的应用.江苏水利():.孙蓓.型预应力混凝土板桩在直立式护岸工程中的应用.中国水运:下半月():.杨世君.浅谈 型板桩在某泵站护岸工程中的应用.科技展望 ():.林孟洁 刘孟良.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用.建筑技术():.付明 赵辉 袁俊年 等.型混凝土板桩在天生河泵站工程中的应用.人民长江 ():.戚翠芳.先张法 形预应力混凝土板桩在清运河航道改造工程中的应用.建筑施工 ():.吴芳 汪院生.江苏省中小河流治理工程设计实践与思考.水利规划与设计():.