鋼板樁圍堰設計研究的論文

　　摘要：根據鋼板樁圍堰的實(shí)際受力狀況建立力學(xué)模型。通過(guò)理論計算確定鋼板樁圍堰的實(shí)際受力，并通過(guò)實(shí)際施工情況驗證該方法的可行性。比規范中采用的經(jīng)驗算法具有更高的精確性和安全性，能夠更好的滿(mǎn)足工程施工需要。

　　關(guān)鍵詞：鋼板樁圍堰設計施工

　　目前，對于鋼板樁圍堰的設計主要是沿用《公路橋涵施工手冊》和教科書(shū)中的經(jīng)驗算法。由于經(jīng)驗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，為避免出現較大的變形，在對鋼板樁圍堰設計時(shí)采用了理論算法。經(jīng)實(shí)踐檢驗，理論算法能夠較為精確的反映圍堰的實(shí)際受力狀況，對于合理設置內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計與施工做詳細論述：

　　1已知條件

　　1.1承臺尺寸：10.3m（橫橋向）×6.4m（縱橋向）×2.5m（高度），底部設計有10.7×6.8m×1.0m的封底砼。

　　1.2承臺及河床高程承臺頂面設計高程為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），圍堰設計時(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。設計時(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-鋼板樁圍堰的計算寬度，B=10m；D-水的密度（10KN/m3）;K-系數，（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》，假定此力平均作用于鋼板樁圍堰的迎水面一側。）

　　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。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(cháng)度為15m，寬度為40cm，厚度為18cm。圍堰頂面標高擬定為12.5m，高出最高水位1.0m。圍堰設計圖3，所有內圍囹均采用56b工字鋼制作，節點(diǎn)采用焊接（施工中嚴格執行鋼結構施工規范）。為確保整個(gè)圍囹的剛度和穩定性，對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(zhuān)人值班以防吊物碰撞。

　　3圍堰（支撐）內力計算

　　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 )引起板側土體的擾動(dòng)，縫隙里充滿(mǎn)水，所以考慮水壓力的影響。土壓力計算取用浮容重，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，以此為計算面。所承受荷載假定由兩根工字鋼平均承擔，計算兩根工字鋼的共同受力。由受力圖式可知，此結構為四次超靜定結構，因計算較為繁瑣，計算過(guò)程不在此詳細敘述，得出最大支撐力為2734.95KN，最大彎矩為1117.59KN。

　　4驗算鋼板樁的入土深度是否滿(mǎn)足要求

　　鋼板樁入土深度達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)計算各道支撐的受力均能滿(mǎn)足要求，可不驗算鋼板樁的入土深度。

　　5根據求得的內力驗算鋼板樁的受力狀態(tài)及變形情況

　　5.1應力由內力計算結果可知，Mmax=1117.59KN·M。鋼板樁外緣拉應力σ=Mmax/W=123MPa＜340MPa(容許應力)，滿(mǎn)足要求。

　　5.2變形經(jīng)計算，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橫向位移（mm）

　　1721032455363

　　6驗算工字鋼的受力狀態(tài)

　　6.1軸向受力由計算可知，最大支撐反力發(fā)生在第二道圍囹處，其數值為2734.95KN，因工字鋼與鋼板樁連接處均采用焊接，且角撐剛度較大，不考慮其失穩，僅考慮縱向撓曲，系數取ζ=2，此時(shí)其承載力P=292.9×10-4m2×340×106N/m2/2=4980KN，安全系數n=4980/2734.95=1.8，其承載力滿(mǎn)足要求。

　　6.2橫向工字鋼的抗彎能力假定支撐反力P=2734.95KN平均作用在橫向工字鋼上（長(cháng)度按8.8m計算），荷載集度q=2734.95/8.8=310.8KN/M。經(jīng)計算，對工字鋼跨中產(chǎn)生的最大彎矩Ml/2=864.5KN·M。工字鋼抵抗彎矩M`=1000KN·M。安全系數N=1000/864.5=1.15（此處未考慮鋼板樁與工字剛的'共同作用，實(shí)際情況應更為安全），承載力滿(mǎn)足要求。

　　6.3工字鋼撓度在上述彎矩的作用下，計算出工字鋼的跨中撓度L=14mm，滿(mǎn)足施工及使用要求。

　　7鋼板樁豎向承載力的驗算

　　因此鋼板樁圍堰將利用作為鉆機平臺，其承受的豎向荷載有：

　　7.1鉆機及其配套設備自重：150KN；

　　7.2支架及其他施工荷載：100KN；

　　7.3鋼板樁自重：1300KN；

　　7.4圍囹自重：300KN。合計：1850KN上述豎向荷載全部靠鋼板樁側摩阻力及其樁尖反力承擔，查相關(guān)規范及工程地質(zhì)報告，計算如下:樁側摩阻力P1=（13.8+9.6）×2×5.7×10=2668KN;樁尖反力P2=117根×8.85E-3M2/根×100KPa=104KN合計:=2668+104=2772KN安全系數N=2772/1850=1.5，承載力滿(mǎn)足要求。

　　8圍堰整體穩定性驗算

　　鋼板樁圍堰的整體穩定性?xún)H表現圍堰在動(dòng)水壓力作用下的抗傾覆能力。該動(dòng)水壓力與鋼板樁入土深度范圍內所受的土壓力相平衡。因鋼板樁圍堰底部嵌入地基中達4.5米，在動(dòng)水壓力作用下所能承受的土壓力要比動(dòng)水壓力要大的多，此處可不必驗算，其整體穩定性應能得到很好的保證。

　　9施工中注意事項

　　該鋼板樁圍堰在整個(gè)工程施工中極為順利，經(jīng)實(shí)測各單元的變形與計算結果相符。施工中要注意以下幾點(diǎn)：

　　9.1鋼板樁的堵漏一般的做法是在鋼板樁施打過(guò)程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫。剛開(kāi)始時(shí)我們也采用此法，效果不是很理想，后在鋼板樁全部插打完畢開(kāi)始抽水安裝圍囹時(shí)，采用一邊抽水一邊順著(zhù)鋼板樁的接縫下溜較干細砂的方法，借助水壓力將細砂吸入接逢內而達到堵漏的目的，對于變形較大的接縫在圍囹安裝后用棉絮塞填。經(jīng)現場(chǎng)實(shí)施，效果非常明顯，施工期間在圍堰內僅設置一臺潛水泵即可將漏水抽凈。

　　9.2圍囹的安裝圍囹的安裝應隨著(zhù)抽水的深度逐層實(shí)施，安裝過(guò)程中要密切注意河床水位的變化，并安排專(zhuān)人負責施工期間的抽水工作。值得注意的是工字鋼與鋼板樁的連接，由于鋼板樁在插打過(guò)程中受多方面的影響，整個(gè)圍堰的側面順直度較差，工字鋼安裝后與鋼板樁之間有較大的間隙。為防止圍堰的變形，要求將工字鋼與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接，圍堰的四個(gè)角更應加強。

　　10結束語(yǔ)

　　用理論算法進(jìn)行鋼板樁圍堰的設計能夠較為真實(shí)的反映鋼板樁的實(shí)際受力狀態(tài)，從而具有較大的安全性。采用逐層抽水加固的施工方案較為方便，在基底土質(zhì)良好的條件下可以實(shí)現“干法施工”，不需要采取水下封底，在質(zhì)量上易于保證。

【鋼板樁圍堰設計研究的論文】相關(guān)文章：

鋼板樁租賃合同02-21

鋼板樁租賃合同01-15

鋼板彈簧懸架的模擬研究論文10-31

鋼板樁租賃合同7篇01-30

鋼板樁租賃合同范本08-16

高層建筑沖孔灌注樁設計研究的論文06-01

簡(jiǎn)單鋼板樁租賃合同范本08-20

靜壓樁施工技術(shù)研究論文10-23

人工挖孔樁施工工藝的研究論文11-04