水利水電工程輔導資料:鋼板樁圍堰的設計與施工

　　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》和教科書中的經驗算法。由于經驗算法帶有很大的近似性，并不一定能夠真實反映鋼板樁圍堰的實際受力狀況，有時會出現較大的偏差，給圍堰的使用帶來很多不安全因素。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采用了理論算法。經實踐檢驗，理論算法能夠較為精確的反映圍堰的實際受力狀況，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（此時水深5.3m），最高水位hmax＝11.5m（水深6.0m），圍堰設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。設計時速V＝1.0m/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，（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河床水文地質條件河床土質良好，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為粘土（層厚約2m）、亞砂土（硬塑狀態，很濕，層間無承壓水，層厚約為1m）。

　　2擬定方案

　　結合河床地質情況及施工要求，擬采用日本產鋼板樁進行圍堰施工，長度為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，節點采用焊接（施工中嚴格執行鋼結構施工規范）。為確保整個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較為密實，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動水壓力P＝10KHV2×B×D/2g＝53.2KN

　　3.1.3河床土質為亞粘土，為不透水層，但考慮到鋼板樁施工中會引起板側土體的擾動，縫隙里充滿水，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足要求

　　鋼板樁入土深度達4.5m，從橋位處地質勘探資料分析，持力層中無承壓水，如經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根據求得的內力驗算鋼板樁的受力狀態及變形情況

　　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），滿足要求。

　　5.2變形經計算，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）

　　6 驗算工字鋼的受力狀態

　　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》和教科書中的經驗算法。由于經驗算法帶有很大的近似性，并不一定能夠真實反映鋼板樁圍堰的實際受力狀況，有時會出現較大的偏差，給圍堰的使用帶來很多不安全因素。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采用了理論算法。經實踐檢驗，理論算法能夠較為精確的反映圍堰的實際受力狀況，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。