钢板桩围堰的设计与施工

概要：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=86

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　　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:[P]=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完毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的，对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。经现场实施，效果非常明显，施工期间在围堰内仅设置一台潜水泵即可将漏水抽净。
　　9.2 围囹的安装
　　围囹的安装应随着抽水的深度逐层实施，安装过程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负责施工期间的抽水工作。值得注意的是工字钢与钢板桩的连接，由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，整个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形，要求将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，围堰的四个角更应加强。
　　10 结束语
　　用理论算法进行钢板桩围堰的设计能够较为真实的反映钢板桩的实际受力状态，从而具有较大的安全性。采用逐层抽水加固的施工方案较为方便，在基底土质良好的条件下可以实现“干法施工”，不需要采取水下封底，在质量上易于保证

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