鋼板樁圍堰設(shè)計與計算

1、船臺及駁岸施工圍堰設(shè)計與計算1、 工程概況 浙江舟山市六橫島位于舟山群島的南部海域，在蝦峙門國際航道的西南側(cè)，是舟山市的第三大島，為舟山市重點扶持的三大島之一，占地約106。8平方公里。廠址區(qū)域四周由穿山半島和舟山群島所環(huán)抱，形成一個近封閉水域。本工程位于廠內(nèi)八號、九號碼頭之間。工程范圍: 1. 船臺二座：船臺長250m，寬45m，水下段長60m，滑道坡度1：20，滑道底標高-3。00m，頂標高12。40m；2. 陸域獨立吊車道: 600T龍門起重機軌道一組：2x437m; 150T門機軌道三組：6x303m; 3. 直立駁岸約230m。為了確保船臺及駁岸的干地施工，須在外海側(cè)順堤設(shè)圍堰，從而

2、確保工程進度。本工程工作量大，施工時間相對較緊，施工工期：2008年1月1日6月30日，共6個月。2、 自然條件2.1 水文資料設(shè)計水位:設(shè)計高水位：2.14m設(shè)計低水位：-2.60m下水水位：1.50m2.2 地質(zhì)資料場地內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造活動較穩(wěn)定，未見新構(gòu)造運動及活動斷裂，不存在液化土層，故屬基本穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，場地地層自上而下分為：1層雜色填土，為新近人工回填而成；2層淤泥、1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、層粘土為軟弱場地土；1層暗綠灰黃色粉質(zhì)粘土、1淺黃灰綠色粉質(zhì)粘土及2層粉質(zhì)粘土夾砂礫、碎石為中硬場地土，層強風化晶屑凝灰?guī)r、層中等風化晶屑凝灰?guī)r為堅硬場地土。由于擬建場地20.0m深度

3、范圍內(nèi)無飽和砂性土及粉土存在，本場地為不液化場地。場地內(nèi)分布有較厚的軟弱土。該區(qū)域由于擬建場地周圍無污染源存在，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。本次設(shè)計鋼板樁插入1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土土層中，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的物力力學(xué)性質(zhì)指標為：含水率42.6%，比重2.74，重度17.4kN/m3，固快粘聚力13.34kPa、內(nèi)摩察角12.5。其余參數(shù)詳見地質(zhì)勘探報告。3、圍堰方案比選圍堰是用于圍護水工建筑施工場地的臨時擋水建筑物。 圍堰具有不同于一般建筑物的施工和運行特點。 其合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)是斷面簡單、構(gòu)筑和拆除方便，滿足穩(wěn)定、防沖蝕、防滲漏的要求。 既不可以永久建筑物對待，又不可掉以輕心、馬虎從事。根據(jù)場地現(xiàn)有情況，

4、本次設(shè)計比選兩種圍堰方案。方案A：土石壩圍堰：利用當?shù)噩F(xiàn)有材料作為主要筑填材料；方案B：鋼板樁圍堰：采用拉森鋼板樁作為圍堰外壁，然后填充粘土。方案A（土石壩圍堰）為傳統(tǒng)的土石圍堰，可采用當?shù)赝潦牧?。傳統(tǒng)的土石圍堰通常存在如下問題:（1） 圍堰一般要求快速施工，但實際施工中往往土方量大、土堆不高、沉滑嚴重。而在軟弱地基上必須控制加荷速率，待地基承載力提高了，才能往上加荷，因此施工速度較慢。（2）土石圍堰直接在水下施工，水下拋投的堰坡受水下自然休止角的控制，而且水下清基困難，通常直接坐落在覆蓋層上，質(zhì)量往往難以保證。(3)圍堰在工程完成后往往需要拆除。 由于大多在水下，時常因拆除不徹底，留有根底

5、影響碼頭前沿水深。(4) 由于受水下自然休止角的控制，堆不高，造成坡度很緩、占地面積大、方量多，增加填筑與拆除的工作量。 (5) 在水深流速和風浪大的圍堰中，沖蝕嚴重、邊坡不穩(wěn)定。 特別是在軟土地基上的圍堰，加之潮漲潮落的水位變化，造成沉移、滑坡倒塌，經(jīng)常需要修補填筑。方案B（鋼板樁圍堰）采用拉森鋼板樁作為圍堰的外壁，在離開駁岸線適當距離后即可施打兩排拉森鋼板樁，最外側(cè)鋼板樁灘地高程也只有-2。0m。該方案具有施工速度快、建筑拆除也快、穩(wěn)定性好、防沖蝕、防滲性好的特點。綜合比較，推薦方案B，即鋼板樁圍堰方案。對于施工工期比較緊張的船臺工程，該方案具有明顯的時間優(yōu)勢。4、鋼板樁圍堰設(shè)計 4.1平

6、面布置鋼板樁圍堰平行于駁岸線布置，考慮基坑內(nèi)施工場地要求，圍堰內(nèi)側(cè)鋼板樁距離擬建駁岸線5m，南北兩端垂直轉(zhuǎn)向并延伸至現(xiàn)有駁岸線。形成防汛封閉。圍堰中心線長約362m，其中順岸圍堰長245m，南側(cè)圍堰長36m，北側(cè)圍堰長81m。4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計圍堰采用拉森鋼板樁圍堰。圍堰內(nèi)外側(cè)均采用型拉森鋼板樁，樁長15m，樁頂標高2.8m，樁底標高-12.2m，樁頂設(shè)圍檁，兩排樁間采用鋼拉桿連接，拉桿間距3m。樁距5m。圍堰鋼板樁間填粘性土，-0.5m高程以下及外側(cè)鋼板樁內(nèi)側(cè)拋填袋裝土，以增強圍堰的抗?jié)B能力。鋼板樁圍堰完成后，在頂上加筑0.5m高袋裝土圍堰，外海側(cè)設(shè)漿砌塊石小擋墻，墻底及內(nèi)側(cè)設(shè)防滲土工膜。堰頂高

7、程3.3m。這樣可以增長鋼板樁的入土深度，提高圍堰的整體穩(wěn)定性、抗滑性和防滲能力，使圍堰設(shè)計更加經(jīng)濟合理。圍堰外側(cè)拋填塊石至-0.5m高程，拋石平臺寬2m，坡比1：2。圍堰內(nèi)側(cè)拋填袋裝土至-0.5m高程，頂寬1m，坡比1：1。具體結(jié)構(gòu)詳見下圖。圖1 圍堰結(jié)構(gòu)圖5、鋼板樁圍堰計算 5.1堰頂高程計算按堤防工程設(shè)計規(guī)范(GB5028698)第條，堰頂高程應(yīng)按設(shè)計洪水位或設(shè)計高潮位加堤頂超高確定,堤頂超高按下式確定。 Y=R+e+A式中:Y堤頂超高(m)； R設(shè)計波浪爬高(m)； e設(shè)計風壅水面高(m),對于海堤,當設(shè)計高潮位中包括風壅水面高度時,不另計； A安全加高(m)。本工程圍堰設(shè)計標準為非汛

8、期10年一遇高潮位加8級風下限，經(jīng)計算，圍堰頂高程確定為3.3m。5.2外力計算鋼板樁主要受土壓力（包括主動土壓力和被動土壓力）、水壓力和波浪力作用，還有圍頂荷載(填土和施工荷載)。其中主動土壓力：qaA=3.25kPa，qaB=7.53kPa，qaD上=18.47kPa, qaD下=8.78kPa,qaE=42.97kPa；被動土壓力：qpD上=36.96kPa, qpD下=22.23kPa, qpE=166.58kPa；水壓力：qw=31.4kPa；浪壓力：qac=7.07kPa，qoc=21.98kPa，qbc=12.80kPa，qdc=12.68kPa；q=13.0 kPa。計算簡圖如

9、下：圖2 計算簡圖5.3鋼板樁入土深度計算鋼板樁的外力參照圖2，確定由主動土壓力、被動土壓力、水壓力和浪壓力對錨桿安裝點的力矩MEa、MEp、MEw和MEc ,鋼板樁入土深度需滿足下面經(jīng)驗公式。經(jīng)計算，MEa=3160.84kN·m/m、MEp=10890.38kN·m/m、MEw=3408.82kN·m/m和MEc =158.46kN·m/m,F=1.611.2。5.4堰體寬度計算5.4.1 抗剪穩(wěn)定抗剪穩(wěn)定采用下列Terzaghi公式進行計算：式中：M為外力對基面的力矩，Ea 為圍堰中心線上的壓力，B=5.0m，內(nèi)摩察角=20°。經(jīng)計算，E

10、a=106.86 kN，M=175.42 kN·m，K剪=0.740.7。5.4.2 抗傾穩(wěn)定抗傾穩(wěn)定公式：式中：M=175.42 kN·m，G為堰體每延米重，G=304.00 kN，T為每延米鋼板樁與基土的摩阻力，T=300.00 kN，K傾=12.881.4。5.4.3 抗滑穩(wěn)定抗滑穩(wěn)定公式：式中：G=304.00 kN，f=tg12.5°=0.22，S為每鋼板樁的抗剪力，S=A，A 為每延米鋼板樁的斷面積，A=46.5cm2，為樁的極限抗剪強度，=20，EW=106.86 kN，ES=0,K滑=18.041.4。5.4.4 堤基承載力計算根據(jù)土的抗剪強度指標

11、，按下列公式確定堤基土承載力特征值：經(jīng)計算，堤基土承載力設(shè)計值=109.70kPa，max=89.80kPa，地基承載力穩(wěn)定。5.4.5 地基土管涌計算地基土的管涌計算應(yīng)滿足下列公式：式中：=10m，=10m，B=5m，=3.14m。經(jīng)計算，=7.963.5。5.5錨桿和鋼板樁內(nèi)力計算5.5.1 錨桿內(nèi)力計算錨桿的內(nèi)力采用比較符合實際情況的變位法計算。即假定鋼板樁內(nèi)、外側(cè)板樁由于外力作用產(chǎn)生變位，在拉桿處的內(nèi)向變位相等。計算公式如下：式中：為泥面以上主動土壓力之和，為泥面以上水壓力和浪壓力之和，為泥面以上水深，為泥面以上樁長。經(jīng)計算，錨桿拉力為22.22kN，根據(jù)設(shè)計資料，錨桿的直徑為22，=

12、310N/mm2，根據(jù)公式,可求出=117.84kN。若取安全系數(shù)為1.5，并考慮到錨桿的間距為3.0m，可求出錨桿軸向拉力設(shè)計值=99.98 kN。經(jīng)驗算，錨桿的拉力滿足強度要求。5.5.2 鋼板樁內(nèi)力計算鋼板樁內(nèi)力計算可先確定鋼板樁剪力為零的位置，然后計算該店的彎矩，即鋼板樁的最大彎矩。經(jīng)計算，鋼板樁最大彎矩為34.75kN·m/m。根據(jù)鋼板樁的結(jié)構(gòu)型式，查得鋼板樁的W=850cm3,=200MPa。按照下列公式驗算：經(jīng)驗算，鋼板樁的內(nèi)力=40.88MPa，滿足強度要求。5.6圍堰整體穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法對圍堰進行穩(wěn)定計算，穩(wěn)定安全系數(shù)采用建筑基坑支護規(guī)程公式。經(jīng)計算，1.42

13、，圍堰整體穩(wěn)定符合規(guī)范要求。6、鋼板樁圍堰施工6.1施工準備： A、插打鋼板樁前的準備工作a 鋼板樁經(jīng)過裝卸、運輸、會出現(xiàn)撞傷、彎扭及鎖口變形，鋼板樁在拼組前必須進行檢查，剔除鎖口破裂、扭曲、變形的鋼板樁；剔除鋼板樁表面因焊接鋼板、鋼筋留下的殘渣瘤。 b、在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油以減少插打時鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏。 c 插打鋼板樁的導(dǎo)向設(shè)備 按照施工方法，一般先打定位樁，在定位樁上安置導(dǎo)梁，組成框架式的圍籠作為插樁時的導(dǎo)向設(shè)備，因此在施打前必須制作導(dǎo)向架。 B 檢查振動錘 振動錘是打拔鋼板樁的關(guān)鍵設(shè)備，在打拔前一定要進行專門檢查，確保線路暢通，功能正常。振動錘的端電壓要達到 3804

14、20 V，而夾板牙齒不能有太多磨損。 6.2插打鋼板樁6.2.1插打第一片鋼板樁 為了確保插打位置準確，第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。插打在導(dǎo)向架上設(shè)置一個限位框架，大小比鋼板樁每邊放大1cm，插打時鋼板樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插打邊將浮吊鉤緩慢下放。這時在互相垂直的兩個方向用經(jīng)緯儀觀測，以確保鋼板樁插正、插直，然后以第一根鋼板樁為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁。在整個鋼板樁圍堰施打過程中，開始時插一根打一根，即將每一片鋼板樁打到設(shè)計位置，到剩下最后5片時，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對拉使之合攏，合攏后，再逐根打到設(shè)計深度。  鋼板樁的插打作業(yè)步驟和技術(shù)要點 a、在鋼板樁鎖口內(nèi)涂黃油，安置吊點，根據(jù)浮吊起重高度可在樁頂利用拔樁孔系千斤頂，如起重機高度不夠，可用鋼絲繩在鋼板樁1/3以上處捆扎，捆扎處應(yīng)有夾板，并墊有木塊，膠皮以防滑移和受力后吊點處鎖口變形。 b、 在鋼板樁下端系攬風繩二根，浮吊起吊鋼板樁接近垂直狀態(tài)時，利用攬風繩控制正反方向。 c、 鋼板樁就位下插，第一片鋼板樁沿活動導(dǎo)向下插是整個圍堰的基準，要反復(fù)測量檢查，使其方向垂直，位置準確，必要時可加輔助設(shè)施，控制樁在導(dǎo)向內(nèi)的左右位置。 d、 移動浮吊，將樁夾住后，進一步復(fù)核樁的垂直度、位置，認可后進行插打。使鋼板樁（第一片或第一組）下沉到河床設(shè)計標高，其它鋼板樁則以插打好