某泵閘工程雙排鋼板樁圍堰設(shè)計案例

1、某泵閘工程做 期板樁圍堰設(shè)計案例方案，將雙排鋼板樁圍堰計算分為外部穩(wěn)定性計算與內(nèi)部穩(wěn)定性計算，并通過理正深 基坑軟件實現(xiàn)，為其他相似工程提供設(shè)計參考依據(jù)。1工程概況某泵閘工程位于寧波奉化江沿江堤防上，由3孔x4.5米水閘與20立方米/秒泵站組成，工 程等別為皿等，主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為4級。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇， 導(dǎo)流建筑物級別為4級。本工程在汛期需要留有導(dǎo)流通道，在非汛期將河床一次攔斷，此時河道入江口將被封堵，平 原澇水主要通過其他泵閘排入外江。工程于2015年12月開工，2016年7月主汛期拆圍 通水。外江側(cè)圍堰布置位置河底平均高程在1.00米，圍堰高度較大，且距離入江口較

2、近，無法布 置常規(guī)土石圍堰，因此選用雙排拉森鋼板樁圍堰。2工程地質(zhì)情況工程區(qū)位于寧波平原中部，奉化江西岸，為海相沉積平原，區(qū)內(nèi)第四系松散堆積物厚度大， 淺部以海相沉積的淤泥質(zhì)土為主，且厚度變化不大；下部為沖湖積的粉質(zhì)黏土、黏土、沖海 積的黏質(zhì)粉土及沖洪積的礫砂等。根據(jù)本次勘察的鉆孔現(xiàn)場編錄資料和土工試驗成果，按地 基土的土性特征、成因時代、埋藏分布條件及其物理力學(xué)性質(zhì)，將場地勘探深度范圍內(nèi)的地 基土劃分為7個工程地質(zhì)層，細分為11個工程地質(zhì)亞層，圍堰位置鉆孔揭示主要為口層淤 泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（mQ4 ）及V層粉質(zhì)黏土（al-1Q3 ）。3圍堰結(jié)構(gòu)型式初步擬定采用型號為PU-400X170熱軋鋼板樁

3、。樁頂高程為3.12米。擋水高度為4米。于2.50米 及 1.00 米高程各設(shè)置一道拉筋，拉筋采用型號為 GB/T20934-2007-GLG345-D2-20X4000 的鋼拉桿，間距為 1.6 米，圍檁采用 232b。 3.2建筑圍堰內(nèi)迎水面鋪設(shè)一層防滲土工膜用于防滲，背水面鋼板樁利用拉桿開孔排水。堰體內(nèi)以塘渣分 層填筑，表面采用彩條布覆蓋防水。為增加安全系數(shù)，堰體兩側(cè)設(shè)2米寬拋石平臺，以1: 2坡度放坡到河底。3.3圍堰寬度在基坑雙排樁支護結(jié)構(gòu)計算中，當(dāng)前后樁排距大于Htan（45-中/2） （ H為開挖深度）時， 前排樁可按多支點拉錨型排樁進行內(nèi)力變形分析，此時土壓力主要作用在前排樁上

4、，滑移面 位于兩排樁之間，后排樁可作為錨碇樁。同時，雙排鋼板樁圍堰寬度與高度之比為0.91.2, 此時基本可滿足前后排樁拉錨型式。因此，本工程取約1倍擋水高度的為圍堰寬度，為4 米。3.4鋼板樁長度熱軋鋼板樁出廠長度一般有9、12、15、18米。其中9、12、15米樁長為常見樁長，打設(shè) 時采用改裝挖掘機即可，而18米長鋼板樁需要借助吊機方可打設(shè)。因此在設(shè)計時，可選定 12、15、18米樁長分別進行穩(wěn)定驗算，根據(jù)計算結(jié)果并根據(jù)工程實際情況調(diào)整樁長。3.5設(shè)計斷面初步擬定如圖1所示4圍堰計算本次計算采用理正軟件深基坑模塊，軟件計算執(zhí)行規(guī)范為建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程 （JGJ120-2012）。根據(jù)雙排

5、樁的受力特點，本文提出將雙排鋼板樁圍堰驗算分為兩部分，即外部穩(wěn)定性驗算與 內(nèi)部穩(wěn)定性驗算。4.1.1外部穩(wěn)定驗算夕卜部穩(wěn)定驗算包括水平抗滑移穩(wěn)定性驗算、抗傾覆穩(wěn)定性驗算、整體抗 滑動穩(wěn)定驗算。雙排鋼板樁圍堰是利用兩排鋼板樁及樁間土體共同承擔(dān)圍堰外側(cè)水、土荷載的結(jié)構(gòu)形式。故 可將雙排鋼板樁整體等效為重力式水泥土重力式擋墻模型用水泥土擋墻模塊計算圍堰的外 部穩(wěn)定性。等效水泥土重度取值為18千牛/立方米，墻寬為4米。河底面以上為靜水，建 模時將這一層輸入為中砂層，重度取0,并將坑外側(cè)水位與樁頂面齊平。其計算簡圖如圖2 所示。4.1.2內(nèi)部穩(wěn)定驗算內(nèi)部穩(wěn)定性驗算包括繞最下層支點的圓弧滑動穩(wěn)定性驗算、鋼

6、板樁截面 強度驗算、拉桿強度驗算。雙排鋼板樁樁身強度及拉桿強度受內(nèi)排樁在靜水壓力及樁問填土土壓力共同作用工況控制。 圍堰寬度大于Htan（45-中/2），可將雙排鋼板樁簡化為單排鋼板樁加錨桿支護的結(jié)構(gòu)型式， 采用理正深基坑中的單排樁加錨桿支護模塊進行圍堰的內(nèi)部穩(wěn)定性計算。其計算簡圖如圖3 所示。4.2 土層參數(shù)選取根據(jù)建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ 120-2012及浙江省建筑基坑工程支護規(guī)程DB33/T 1096-2014 ），地下水位以下的粉土、砂土等滲透性較強的土層，按水土分算原則計算側(cè)壓 力；地下水以下的淤泥質(zhì)土、黏性土，宜按水土合算原則計算側(cè)壓力土的抗剪弓魚度指標(biāo)可 選用直剪試驗中的固結(jié)

7、快剪指標(biāo)。此外根據(jù)規(guī)范，飽和軟黏土（如淤泥、淤泥質(zhì)土等），容 易受到打樁擠土等施工擾動而導(dǎo)致原狀土強度降低故一般酌情考慮對抗剪強度指標(biāo)進行折減。結(jié)合寧波地區(qū)設(shè)計、施工經(jīng)驗，一般打設(shè)樁支護時對抗剪強度指標(biāo)折減，并結(jié)合快剪指 標(biāo)酌情選取土層參數(shù)強度指標(biāo)，本工程設(shè)計選取固快指標(biāo)打8折。4.3樁長計算與圍堰寬度驗算由前文，本工程根據(jù)構(gòu)造要求確定鋼板樁圍堰寬度為4米，通過穩(wěn)定性計算不同樁長下圍 堰的穩(wěn)定性，以此確定圍堰樁長。計算結(jié)果如表2所示。根據(jù)表中計算結(jié)果，當(dāng)采用12、15、18米長鋼板樁時，外部穩(wěn)定均能滿足要求，且隨著樁 長的增加，安全系數(shù)相應(yīng)增大；當(dāng)采用12米長鋼板樁時，繞最下層支點的圓弧滑動穩(wěn)

8、定性 不能滿足要求，而當(dāng)樁長增加到15米時，安全系數(shù)滿足要求，當(dāng)樁長增加到18米時安全 系數(shù)明顯偏大，這是因為此時鋼板樁穿過淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，進入物理力學(xué)性質(zhì)較好的下臥 粉質(zhì)黏土層。在實際工程應(yīng)用中，當(dāng)樁長相差不大時，一般盡量避免懸浮樁，因此，本工程 中樁長實際采用樁長為18米，圍堰寬度為4米。而本文主要是為了介紹雙排鋼板樁的一般計算方法，因此，結(jié)構(gòu)強度驗算時，仍采用15米 鋼板樁進行計算。4.4鋼板樁及拉桿強度驗算鋼板樁截面強度驗算鋼板樁的單寬強度 Mmax/W=1.25x97.41-(2270 x1Q 6 ) =53.64 ( MPa)ft=295 兆 帕。滿足要求。Mmax每米板面最大設(shè)計彎矩值，千牛米；W-每米板面截面模量，立方米 /米。拉桿受力分析拉桿軸力設(shè)計值 N = 1.25x76.35=95.43千牛，采用直徑20毫米鋼拉桿，最大內(nèi)力a = N/A=95.44x1000/314.2 = 304 MPa5 結(jié)論 (1 )本文對雙排拉森鋼板樁圍堰計算進行了實例分析，采用重力式水泥土墻模型與 排樁拉錨模型分別進行圍堰外部穩(wěn)定性計算與內(nèi)部穩(wěn)定性計算，驗算并確定了圍堰寬 度、鋼板樁長度及結(jié)構(gòu)強度等。（2）分析各樁長下圍堰的穩(wěn)定性，并結(jié)合工程實際情況，確定樁長