淺談鋼板樁圍的施工與設計

   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》和教科書中的鋼板樁經驗算法。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，給鋼板樁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。 　　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=1.0 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，（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=1.5 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。