摘要: 根據(jù)鋼板樁圍堰的實際受力狀況建立力學(xué)模型。通過理論計算確定鋼板樁圍堰的實際受力,并通過實際施工情況驗證該方法的可行性。比規(guī)范中采用的經(jīng)驗算法具有更高的精確性和安全性,能夠更好的滿足工程施工需要。
關(guān)鍵詞: 鋼板樁圍堰 設(shè)計 施工
目前,對于鋼板樁圍堰的設(shè)計主要是沿用《公路橋涵
下面就鋼板樁圍堰的設(shè)計與
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(shè)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(shè)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(此時水深5.3m),最高水位hmax =11.5m(水深6.0m),圍堰設(shè)計時按最高水位考慮。
1.4 水流速度 因該橋位于水電站下游,水流較為湍急。設(shè)計時速V=1.0 m/s,不考慮流速沿水深方向的變化,則動水壓力為: P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN 式中:P-每延米板樁壁上的動水壓力的總值(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(shù),(槽形鋼板樁圍堰K=1.8~2.0,此處取1.8)。(參照《公路
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,層間無承壓水,層厚約為1m)。
2 擬定方案
結(jié)合河床地質(zhì)情況及
3 圍堰(支撐)內(nèi)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,假定鋼板樁底部嵌固于(鋼板樁入土深度)t/3=1.5 m處,即承臺底2.0m處。(封底砼厚度采用50cm)
3.1.2 動水壓力 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
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(dān),計算兩根工字鋼的共同受力。 由受力圖式可知,此
4 驗算鋼板樁的入土深度是否滿足要求
鋼板樁入土深度達(dá)4.5m,從橋位處地質(zhì)勘探資料分析,持力層中無承壓水,如經(jīng)計算各道支撐的受力均能滿足要求,可不驗算鋼板樁的入土深度。
5 根據(jù)求得的內(nèi)力驗算鋼板樁的受力狀態(tài)及變形情況
5.1 應(yīng)力 由內(nèi)力計算結(jié)果可知,Mmax=1117.59KN·M。鋼板樁外緣拉應(yīng)力σ=Mmax/W=123MPa<340MPa(容許應(yīng)力),滿足要求。
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υ(mm)
1 7 2 10 3 2 4 5 5 3 6 3
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(shù)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(wěn),僅考慮縱向撓曲,系數(shù)取ζ=2,此時其承載力 P=292.9×10-4m2×340×106N/m2/2=4980KN, 安全系數(shù)n=4980/2734.95=1.8,其承載力滿足要求。
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(shù)N=1000/864.5=1.15(此處未考慮鋼板樁與工字剛的共同作用,實際情況應(yīng)更為安全),承載力滿足要求。
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,滿足
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(jī)平臺,其承受的豎向荷載有:
7.1 鉆機(jī)及其配套設(shè)備自重:150KN;
7.2 支架及其他
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(cè)摩阻力及其樁尖反力承擔(dān),查相關(guān)規(guī)范及工程地質(zhì)報告,計算如下: 樁側(cè)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(shù)N=2772/1850=1.5,承載力滿足要求。
8 圍堰整體穩(wěn)定性驗算
鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性僅表現(xiàn)圍堰在動水壓力作用下的抗傾覆能力。該動水壓力與鋼板樁入土深度范圍內(nèi)所受的土壓力相平衡。因鋼板樁圍堰底部嵌入地基中達(dá)4.5米,在動水壓力作用下所能承受的土壓力要比動水壓力要大的多,此處可不必驗算,其整體穩(wěn)定性應(yīng)能得到很好的保證。
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該鋼板樁圍堰在整個工程
9.1 鋼板樁的堵漏 一般的做法是在鋼板樁施打過程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫。剛開始時我們也采用此法,效果不是很理想,后在鋼板樁全部插打完畢開始抽水安裝圍囹時,采用一邊抽水一邊順著鋼板樁的接縫下溜較干細(xì)砂的方法,借助水壓力將細(xì)砂吸入接逢內(nèi)而達(dá)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(xiàn)場實施,效果非常明顯,
9.2 圍囹的安裝 圍囹的安裝應(yīng)隨著抽水的深度逐層實施,安裝過程中要密切注意河床水位的變化,并安排專人負(fù)責(zé)
10 結(jié)束語
用理論算法進(jìn)行鋼板樁圍堰的設(shè)計能夠較為真實的反映鋼板樁的實際受力狀態(tài),從而具有較大的安全性。采用逐層抽水加固的