鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與計(jì)算

船臺(tái)及駁岸施工圍堰設(shè)計(jì)與計(jì)算1、 工程概況浙江舟山市六橫島位于舟山群島的南部海域，在蝦峙門(mén)國(guó)際航道的西南側(cè)，是舟山市的第三大島，為舟山市重點(diǎn)扶持的三大島之一，占地約106。8平方公里。廠址區(qū)域四周由穿山半島和舟山群島所環(huán)抱，形成一個(gè)近封閉水域。本工程位于廠內(nèi)八號(hào)、九號(hào)碼頭之間。工程范圍：船臺(tái)二座：船臺(tái)長(zhǎng)250m,寬45m,水下段長(zhǎng)60m,滑道坡度1：20,滑道底標(biāo)高-3。00m,頂標(biāo)高12o40m；陸域獨(dú)立吊車(chē)道：600T龍門(mén)起重機(jī)軌道一組：2x437m;150T門(mén)機(jī)軌道三組：6x303m;直立駁岸約230m。為了確保船臺(tái)及駁岸的干地施工，須在外海側(cè)順堤設(shè)圍堰，從而確保工程進(jìn)度。木工程工作量大，施工時(shí)間相對(duì)較緊，施工工期：2008年1月1日~6月30日，共6個(gè)月。2、 自然條件2.1水文資料設(shè)計(jì)水位：設(shè)計(jì)高水位:2.14m設(shè)計(jì)低水位：-2.60m下水水位：1.50m2.2地質(zhì)資料場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較穩(wěn)定，未見(jiàn)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及活動(dòng)斷裂，不存在液化土層，故屬基木穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地地層自上而下分為：①I(mǎi)層雜色填土，為新近人工回填而成；①2層淤泥、②I層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④層粘土為軟弱場(chǎng)地土；③I層暗綠?灰黃色粉質(zhì)粘土、⑤1淺黃~灰綠色粉質(zhì)粘土及⑤2層粉質(zhì)粘土夾砂礫、碎石為中硬場(chǎng)地土，⑥層強(qiáng)風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r、⑦層中等風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r為堅(jiān)硬場(chǎng)地土。由于擬建場(chǎng)地20.0m深度范圍內(nèi)無(wú)飽和砂性土及粉土存在，本場(chǎng)地為不液化場(chǎng)地。場(chǎng)地內(nèi)分布有較厚的軟弱土。該區(qū)域由于擬建場(chǎng)地周?chē)鸁o(wú)污染源存在，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。木次設(shè)計(jì)鋼板樁插入②1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土土層中，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的物力力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為：含水率42.6%,比重2.74,重度17.4kN/m3,固快粘聚力13.34kPa、內(nèi)摩察角12.5。其余參數(shù)詳見(jiàn)地質(zhì)勘探報(bào)告。3、圍堰方案比選圍堰是用于圍護(hù)水工建筑施工場(chǎng)地的臨時(shí)擋水建筑物。圍堰具有不同于一般建筑物的施工和運(yùn)行特點(diǎn)。其合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)是斷面簡(jiǎn)單、構(gòu)筑和拆除方便，滿(mǎn)足穩(wěn)定、防沖蝕、防滲漏的要求。既不可以永久建筑物對(duì)待，又不可掉以輕心、馬虎從事。根據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)有情況，本次設(shè)計(jì)比選兩種圍堰方案。方案A：土石壩圍堰：利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有材料作為主要筑填材料；方案B：鋼板樁圍堰:采用拉森鋼板樁作為圍堰外壁，然后填充粘土。方案A（土石壩圍堰）為傳統(tǒng)的土石圍堰，可采用當(dāng)?shù)赝潦牧?。傳統(tǒng)的土石圍堰通常存在如下問(wèn)題：（1）圍堰一般要求快速施工，但實(shí)際施工中往往土方量大、土堆不高、沉滑嚴(yán)重。而在軟弱地基上必須控制加荷速率，待地基承載力提高了，才能往上加荷，因此施工速度較慢。（2）土石圍堰直接在水下施工，水下拋投的堰坡受水下自然休止角的控制，而且水下清基困難，通常直接坐落在覆蓋層上，質(zhì)量往往難以保證。（3）圍堰在工程完成后往往需要拆除。由于大多在水下，時(shí)常因拆除不徹底，留有根底影響碼頭前沿水深。（4）由于受水下自然休止角的控制，堆不高，造成坡度很緩、占地面積大、方量多，增加填筑與拆除的工作量。（5）在水深流速和風(fēng)浪大的圍堰中，沖蝕嚴(yán)重、邊坡不穩(wěn)定。特別是在軟土地基上的圍堰，加之潮漲潮落的水位變化，造成沉移、滑坡倒塌，經(jīng)常需要修補(bǔ)填筑。方案B（鋼板樁圍堰）采用拉森鋼板樁作為圍堰的外壁，在離開(kāi)駁岸線適當(dāng)距離后即可施打兩排拉森鋼板樁，最外側(cè)鋼板樁灘地高程也只有-2。0mo該方案具有施工速度快、建筑拆除也快、穩(wěn)定性好、防沖蝕、防滲性好的特點(diǎn)。綜合比較，推薦方案B,即鋼板樁圍堰方案。對(duì)于施工工期比較緊張的船臺(tái)工程，該方案具有明顯的時(shí)間優(yōu)勢(shì)。4、鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)4.1平面布置鋼板樁圍堰平行于駁岸線布置，考慮基坑內(nèi)施工場(chǎng)地要求，圍堰內(nèi)側(cè)鋼板樁距離擬建駁岸線5m,南北兩端垂直轉(zhuǎn)向并延伸至現(xiàn)有駁岸線。形成防汛封閉。圍堰中心線長(zhǎng)約362m,其中順岸圍堰長(zhǎng)245m,南側(cè)圍堰長(zhǎng)36m,北側(cè)圍堰長(zhǎng)8Imo4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圍堰采用拉森鋼板樁圍堰。圍堰內(nèi)外側(cè)均采用IV型拉森鋼板樁，樁長(zhǎng)15m,樁頂標(biāo)高2.8m,樁底標(biāo)高-12.2m,樁頂設(shè)圍標(biāo)，兩排樁間采用鋼拉桿連接，拉桿間距3m。樁距5m。圍堰鋼板樁間填粘性土,-0.5m高程以下及外側(cè)鋼板樁內(nèi)側(cè)拋填袋裝土，以增強(qiáng)圍堰的抗?jié)B能力。鋼板樁圍堰完成后，在頂上加筑0.5m高袋裝土圍堰，外海側(cè)設(shè)漿砌塊石小擋墻，墻底及內(nèi)側(cè)設(shè)防滲土工膜。堰頂高程3.3im這樣可以增長(zhǎng)鋼板樁的入土深度，提高圍堰的整體穩(wěn)定性、抗滑性和防滲能力，使圍堰設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。圍堰外側(cè)拋填塊石至-0.5m高程，拋石平臺(tái)寬2m,坡比1：2。圍堰內(nèi)側(cè)拋填袋裝土至-0.5m高程，頂寬lm,坡比1：1。具體結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)下圖。.J、|?■■■%力結(jié)”“QX?二.J、|?■■■%力結(jié)”“QX?二7> —.030?■圖1圍堰結(jié)構(gòu)圖5、鋼板樁圍堰計(jì)算5.1堰頂高程計(jì)算按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—98）第6.3.1條，堰頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位或設(shè)計(jì)高潮位加堤頂超高確定，堤頂超高按下式確定。Y二R+e+A5.2外力計(jì)算鋼板樁主要受土壓力（包括主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力）、水壓力和波浪力作用，還有圍頂荷載（填土和施工荷載）。其中主動(dòng)土壓力：

q/3.25&&, 53&/N i=18.MkPa,f=8.IZkPa,qaE=42.97kPa；被動(dòng)土壓力：qpDi=36.96kPa,qpD卜=22.2?>kPay二166.58燈為；水壓力：q.=31.4匕％;浪壓力：?XkPa,qoc=21.^3kPa,qbc=12.SOkPa,qac=12.68R&；q=13.0kPaQ計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：幀土助圖2計(jì)算簡(jiǎn)圖j.I4>t=56.96k：:=22幀土助圖2計(jì)算簡(jiǎn)圖j.I4>t=56.96k：:=22出^=/.CZ/鼻計(jì)矗楝7.15I.=- 24W55.3鋼板樁入土深度計(jì)算鋼板樁的外力參照?qǐng)D2,確定由主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、水壓力和浪壓力對(duì)錨桿安裝點(diǎn)的力矩MsM恥M昂和Afe,鋼板樁入土深度需滿(mǎn)足下而經(jīng)驗(yàn)公式。M,.F= 乜 >1.2M屁+M^+M&經(jīng)計(jì)算，M&=3160.84血幾必、Me“=10890.38曲宓/加Mg=3408.^kN-m/m和M&=158.46kN?m/m,F=\.61>1.2。5.4堰體寬度計(jì)算抗剪穩(wěn)定抗剪穩(wěn)定采用下列Terzaghi公式進(jìn)行計(jì)算：_2BxEaxtan^心=3M-°7式中：M為外力對(duì)基而的力矩，Ea為圍堰中心線上的壓力，B=5.Om,內(nèi)摩察角0=20"。經(jīng)計(jì)算，￡a=106.86kN,j^=175.42kN'in,K『0.74>0.7o抗傾穩(wěn)定抗傾穩(wěn)定公式：心=蘭氣也￡1.4式中：莎175.42kN?m,G為堰體每延米重,Q304.00kN,T為每延米鋼板樁與基土的摩阻力，7^300.00kN,K奸12.88>1.4。抗滑穩(wěn)定抗滑穩(wěn)定公式：心=丫/節(jié)口1.4+ES式中：^304.00kN,^=tgl2.5°=0.22,S為每鋼板樁的抗剪力,r,A為每延米鋼板樁的斷面積，A=46.5cnf,廠為樁的極限抗剪強(qiáng)度，心20,Z>106.86AA；石0,K薩18.04>1.4。堤基承載力計(jì)算根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，按下列公式確定堤基土承載力特征值：九,=+Wb+Nq軋Z+Nc&Cdfd=Ydfdh經(jīng)計(jì)算，堤基土承載力設(shè)計(jì)值/廠109.70冊(cè)，omax二89.80力％,地基承載力穩(wěn)定。地基土管涌計(jì)算地基土的管涌計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足下列公式：Ks=l^+ll+B>3.5A/?式中：/|=10m,/2=10m,B二5m,從二3.14m。經(jīng)計(jì)算，Ks二7.96>3.5。5.5錨桿和鋼板樁內(nèi)力計(jì)算錨桿內(nèi)力計(jì)算錨桿的內(nèi)力采用比較符合實(shí)際情況的變位法計(jì)算。即假定鋼板樁內(nèi)、外側(cè)板樁由于外力作用產(chǎn)生變位，在拉桿處的內(nèi)向變位相等。計(jì)算公式如下：Z=(Pl+P2)x(\OH3-\OH2C+5HC2-C3)/(8O//C)>3.5P產(chǎn)(2Pa-PJHP嚴(yán)3+PJH式中：巴為泥面以上主動(dòng)土壓力之和，療k為泥面以上水壓力和浪壓力之和,C為泥面以上水深，H為泥面以上樁長(zhǎng)。經(jīng)計(jì)算，錨桿拉力為22.22七V,根據(jù)設(shè)計(jì)資料，錨桿的直徑為《22,f、?=3\QN/mnf,根據(jù)公式N<fyA,uj求出fvA=117.84AA；若取安全系數(shù)為1.5,并考慮到錨桿的間距為3.0m,可求岀錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值N二99.98kN.經(jīng)驗(yàn)算，錨桿的拉力滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。鋼板樁內(nèi)力計(jì)算鋼板樁內(nèi)力計(jì)算可先確定鋼板樁剪力為零的位置，然后計(jì)算該店的彎矩，即鋼板樁的最大彎矩。經(jīng)計(jì)算，鋼板樁最大彎矩為34.根據(jù)鋼板樁的結(jié)構(gòu)型式，查得鋼板樁的件850曲RQ200,妬。按照下列公式驗(yàn)算:MmaxW經(jīng)驗(yàn)算，鋼板樁的內(nèi)力b二40.88M%,滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。5.6圍堰整體穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法對(duì)圍堰進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，穩(wěn)定安全系數(shù)采用《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》公式。工(Wicostan?+cr/,)(—1-1乞叱sine/-I經(jīng)計(jì)算，K=1.42,圍堰整體穩(wěn)定符合規(guī)范要求。6、鋼板樁圍堰施工6.1施工準(zhǔn)備：A、插打鋼板樁前的準(zhǔn)備工作a鋼板樁經(jīng)過(guò)裝卸、運(yùn)輸、會(huì)出現(xiàn)撞傷、彎扭及鎖口變形，鋼板樁在拼組前必須進(jìn)行檢查，剔除鎖口破裂、扭曲、變形的鋼板樁；剔除鋼板樁表而因焊接鋼板、鋼筋留下的殘?jiān)?。b、在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油以減少插打時(shí)鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏。c插打鋼板樁的導(dǎo)向設(shè)備按照施工方法，一般先打定位樁，在定位樁上安置導(dǎo)梁，組成框架式的圍籠作為插樁時(shí)的導(dǎo)向設(shè)備，因此在施打前必須制作導(dǎo)向架。B檢查振動(dòng)錘振動(dòng)錘是打拔鋼板樁的關(guān)鍵設(shè)備，在打拔前一定要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)檢查，確保線路暢通，功能正常。振動(dòng)錘的端電壓要達(dá)到380—420V,而夾板牙齒不能有太多磨損。6.2插打鋼板樁插打第一片鋼板樁為了確保插打位置準(zhǔn)確，第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。插打在導(dǎo)向架上設(shè)置一個(gè)限位框架，大小比鋼板樁每邊放大lcm,插打時(shí)鋼板樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插打邊將浮吊鉤緩慢下放。這時(shí)在互相垂直的兩個(gè)方向用經(jīng)緯儀觀測(cè)，以確保鋼板樁插正、插直，然后以第一根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱(chēng)插打鋼板樁。在整個(gè)鋼板樁圍堰施打過(guò)程中,開(kāi)始時(shí)插一根打一根，即將每一片鋼板樁打到設(shè)計(jì)位置，到剩下最后5片時(shí)，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車(chē)組對(duì)拉使之合攏，合攏后，再逐根打到設(shè)計(jì)深度。鋼板樁的插打作業(yè)步驟和技術(shù)要點(diǎn)a.在鋼板樁鎖口內(nèi)涂黃油，安置吊點(diǎn)，根據(jù)浮吊起重高度可在樁頂利用拔樁孔系千斤頂，如起重機(jī)高度不夠，可用鋼絲繩在鋼板樁1/3以上處捆扎，捆扎處應(yīng)有夾板，并墊有木塊，膠皮以防滑移和受力后吊點(diǎn)處鎖口變形。b、 在鋼板樁下端系攬風(fēng)繩二根，浮吊起吊鋼板樁接近垂直狀態(tài)時(shí)，利用攬風(fēng)繩控制正反方向。c、 鋼板樁就位下插，第一片鋼板樁沿活動(dòng)導(dǎo)向下插是整個(gè)圍堰的基準(zhǔn)，要反復(fù)測(cè)量檢查，使其方向垂直，位置準(zhǔn)確，必要時(shí)可加輔助設(shè)施，控制樁在導(dǎo)向內(nèi)的左右位置。d、 移動(dòng)浮吊，將樁夾住后，進(jìn)一步復(fù)核樁的垂直度、位置，認(rèn)可后進(jìn)行插打。使鋼板樁（第一片或第一組）下沉到河床設(shè)計(jì)標(biāo)高，