浅谈钢板桩围堰的设计与施工

2010年1月文章编号:100926825(2010)0220129202

SHANXI　ARCHITECTURE

西建

Vol.36No.2筑　　　　　　　　　　　　　

Jan.　2010

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浅谈钢板桩围堰的设计与施工

温利强　高顺平

摘　要:主要阐述傍海大桥水中承台施工中钢板桩围堰的设计与施工,指出采用理论计算法进行钢板桩围堰的设计能够

较为真实地反映钢板桩的实际受力状态,从而具有较大的安全性,确保了承台的施工质量,有效加快了施工进度。关键词:钢板桩,围堰,设计,施工中图分类号:TU473.5文献标识码:A

1　工程概况

傍海大桥位于山东省龙口市龙口经济开发区内,为跨越华龙

电厂一、二、三期工程及拟建四期工程进水前池而设(进水前池为电厂海水泵房的进水池),桥跨处另一侧海域为海参养殖场,桥长

194.44m,设计为钻孔灌注桩基础和矩形承台、T形桥台和圆端

H为水深,m,此处取最高水位时水深即6.0m;B为钢板桩围堰

的计算宽度,取10m;γ为水的容重,取10.0kN/m3;V为流速,

取1.5m/s;g为重力加速度,取9.81m/s2。

将各量值代入式(1),计算得流水压力为:Pd=124kN。

形桥墩,上部结构为11孔16m低高度预应力混凝土梁。

2　钢板桩围堰的设计2.1　设计图纸要求

大桥承台尺寸:0号～10号墩台为5.6m×5.6m×2.5m(长×宽×高),11号台为8.9m×5.6m×2.5m,底部设计

8.0m×8.0m×3.5m的封底混凝土;最高潮水位2.2m,最低潮水位-0.3m,最大水流速度V=1.50m/s,平均水深为4.5m(计

3)土压力:根据朗金理论,钢板桩外侧的主动土压力和内侧的被动土压力的计算公式(朗金公式)为:

2

Pa=(γ/2)-2ctan(45°-φ/2)z+q)tan(45°-φ2Pp=(γ+φ/2)z+q)tan(45°+φ/2)+2ctan(45°

算时按最高水位时水深6m);承台顶高程为-4.87m～-5.27m,海底面高程为-1.1m～-4.9m;桥址范围内地层为第四系全新统海相沉积细砂、中砂及冲积黏土、粉质黏土、中、粗砂,地表为淤泥。

(2)(3)

2.2　地质情况及工期要求

结合地质情况及建设单位工期要求,拟采用日本产富士40型钢板桩进行围堰施工,桩长12m,宽度为40cm,厚度为18cm,单重78kg/m。围堰顶面标高为2.7m,高出最高水位50cm,围囹

尺寸为8m×8m(其中11号台围囹尺寸为8m×11.2m)。为确保整个围囹的刚度和稳定性,竖向设立三层支撑,间距2.5m;每层支撑的周边导梁采用双Ⅰ25工字钢卧放,在四角增设四角“八”字撑,焊接[20槽钢做牛腿,把内支撑固定在钢板桩上(围堰设计图见图1)。

其中,q为地面均载,当为透水土时,取0;γ为土的容重,应注意水中土的容重变化;z为土的深度;φ为土的内摩擦角;c为土体的内聚力。

在计算时偏于安全,主动土压力不考虑土的内聚力的影响,即取c=0,利用式(2)和式(3)可计算出不同土深的土压力的分布。

3.1　钢板桩入土深度计算

按浅埋法计算钢板桩入土深度t,即钢板桩外侧主动压力(主动土压力和动、静水压力的合力)与内侧被动压力对内支撑的力矩平衡来确定钢板桩入土深度。被动压力计算时按1.25安全系数考虑。

由Mp/1.25=Ma,得出钢板桩最小入土深度为h=2.4m。钢板桩入土深度取最小入土深度的1.5倍,即t=1.5h=3.6m,取4m。

因此,钢板桩长度为2.7-(-5.27-4)=11.97m(取标准件长度12m)。

3　钢板桩围堰的检算

钢板桩主要承受水压力(静水压力与动水压力)及土压力(外侧为主动土压力,内侧为被动土压力),为简化且偏于安全计算,只考虑淤泥质亚黏土层(不透水层)土压力,土压力按朗金理论计算。

围囹内的三道内支撑分别于围堰顶部2.2m标高(即最高水位处)设一道内支撑,承台底部铺筑30cm厚C25混凝土垫层,垫层底面标高即吹填砂顶面标高为2.5m。围堰内抽水填砂标高

2.50m且在最高潮水位6.0m时,钢板桩为最不利受力状况。

1)静水压力:静水压力Pj=γH=10H=60kN。

2)动水压力:因该桥位处电厂泵房进水池前,水流较为湍急,

3.2　围堰整体稳定验算

钢板桩围堰的整体性仅表现在围堰在动水压力作用下的抗倾覆能力。因动水压力与钢板桩入土深度范围内所受的土压力相平衡,所以钢板桩围堰底部嵌入海底面以下达4m之多,在动水压力作用下所能承受的土压力要比动水压力多,故可不必验算,其整体稳定性应能得到足够的保证(经实践证明可行)。

所以作用在围堰的动水压力为水流动时对围堰产生的流水压力:

γV2

(1)P=KHB

2g

其中,K为系数(槽型钢板桩围堰取1.8～2.0,此处取2.0);

收稿日期:2009209212

4　钢板桩围堰施工4.1　施工工艺流程

作者简介:温利强(19772),男,工程师,中铁十二局集团四公司,陕西西安　710000

高顺平(19672),男,工程师,北京铁路局北京工电大修段,北京　100071

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第36卷第2期　　　　　　　　　　Vol.36No.2山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年1月Jan.　2010SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2010)0220130203

岩石声发射Kaiser效应测试玄武岩地应力应用

魏　伟　付小敏

摘　要:在减少对岩体的影响因素后,运用岩石的Kaiser效应,以弹性力学理论推导了地应力公式,由该公式可知试样

3个主应力的大小、方向,且主应力随深度有增加的趋势,以促进岩石地应力的研究。关键词:声发射,Kaiser效应,地应力中图分类号:TU452文献标识码:A

　　岩石受力破坏的过程实际上是其内部微裂纹展开、发展和断

裂破坏的过程,在这个过程中,岩石不断的受到外荷载的作用,当外荷载应力达到或超过岩石先前所受到的最大应力后,其内部贮存的应变能才能快速的释放并产生弹性波发生声响,即声发射(AE)[1,2]。20世纪50年代,德国学者J.Kaiser首先在金属材料单向拉伸试验中发现了Kaiser效应。60年代初,美国学者R.E.Goodman验证了岩石在压缩状态下也具有Kaiser效应。近年来应用Kaiser效应测定地应力已在实际中得到了广泛的应用[3]。在试验中通过确定其Kaiser效应特征点,并根据弹性力学理论,　　测量施工放样→插打定位管桩→安装围囹(第一道内支撑)→第一根定位桩插打→钢板桩分组插打→钢板桩合龙插打→止水、抽水→分别安装第二、三道内支撑→高压射水吸泥清基→凿桩、验桩→垫层混凝土施工→承台、墩柱施工→拆除围囹、拔除钢板桩。

计算得各取样点的主应力大小及方位。

1　试样的制备及试验设备1.1　试样的制备

本试验样品取自水洛河钻根水电站,2329.2m高程PD2平洞内108m和110m处。为了便于加工岩样,在现场采取了新鲜的定向玄武岩岩样。以N作为X方向,建立X,Y,Z空间坐标系,并在X,Y,Z,X45°Y,Y45°Z,Z45°X六个方向上(见图1),每个方向制取五个25mm×25mm×75mm的长方体试样。试样

(或型钢),确保围囹工字钢均匀受力;特别应重视围堰四角的加固焊接不得有松动。6)为便于拔除钢板桩,浇筑垫层混凝土时,在

钢板桩上用油毛毡把混凝土与钢板桩隔开。7)钢板桩拔除前向围堰内灌水,使围堰内水位高于或平衡于围堰外水位。拔桩时从下游开始拔除钢板桩,振动锤振动钢板桩松动后再徐徐拔出钢板桩。

4.2　施工注意事项

1)施工过程中水位的变化对围堰结构受力影响十分巨大,因

5　结语

钢板桩围堰在傍海大桥水中承台施工中得到成功的应用,实此施工过程中应密切注意海水的潮汐变化,当超过规定的数值践证明用理论计算法进行钢板桩围堰的设计能够较为真实地反时,应及时向围堰内补水,保持水头高差不超过设计值。2)插打映钢板桩的实际受力状态,从而具有较大的安全性。采用逐层抽钢板桩时必须备有可靠的导向设备,以保证钢板桩的垂直沉入。水加固的施工方案较为便捷,在钢板桩围堰堵漏后,围堰内基本如果钢板桩垂直度较好时,一次将桩打到设计深度;如果钢板桩处于无水状态,完全按照陆地承台施工工艺施作,不仅不需要浇变形较大,则先将全部钢板桩逐根或逐组插打到稳定深度后,然筑水下封底混凝土,而且还确保了承台的施工质量,有效加快了后再依次打入至设计深度。插打的顺序一般自上游分两侧插向施工进度,节约了施工成本。

())下游合龙两侧插打数量大致相等,最多允许相差8组。3在施参考文献:

工过程中,密切观察钢板桩内支撑的变化,并及时加固,防止钢板[1]　徐光辉,胡明义.公路桥涵设计手册:梁桥[M].北京:人民桩受压变形;另外在潮水流动方向设分水板以减小水流冲击力,交通出版社,2000.确保在施工过程中钢板桩围堰的稳定和安全。4)钢板桩顶达到[2]　郑建岚.现代混凝土结构技术[M].北京:人民交通出版社,设计标高时的平面位置偏差不得大于20cm。在插打过程中,应1999.随时检查其平面位置是否正确,桩身是否垂直,发现倾斜应立即[3]　向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001.纠正或拔起重插。每次插打完数片后,用短钢筋头将钢板桩点焊[4]　刘效尧,蔡　键,刘　晖.交通部科技进步“通达计划”项目:固定于内支撑上,直到围堰合龙。5)围囹与钢板桩之间、与斜支桥梁损伤诊断[M].北京:人民交通出版社,2002.撑之间均为焊接,并确保焊接质量;钢板与围囹之间的凹口用木[5]　贺　炜,邹建房,王泓华.考虑桩土共同作用的钢板桩支护楔塞紧;凸板如有变形与围囹工字钢间有间隙则应竖向补焊钢板结构计算研究[J].山西建筑,2008,34(34):97298.

Onthedesignandconstructionofsteelsheetpilecofferdam

WENLi2qiang　GAOShun2ping

Abstract:Thedesignandconstructionofsteelsheetpilecofferdamintheconstructionofwaterplatformofseasidebridgearemainlyintro2duced.Authorpointsoutthattheoreticalcalculationmethodcanrelativelytrulyreflecttherealstressstatusofsteelsheetpileincofferdamde2sign,whichissecureandreliabletoensureconstructionqualityofplatformandspeedupconstructionprogress.Keywords:steelsheetpile,cofferdam,design,construction

收稿日期:2009209219

作者简介:魏　伟(19832),男,成都理工大学硕士研究生,四川成都　610059

付小敏(19632),女,教授,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都　610059