钢板桩围堰设计与计算

須台及敦岸施工禹堰演计与计算
L 工程⅛ι况
市六橫岛住于群岛的南部诲域，亦蚱舞门国际航道的西南側，是市的第三火岛,为市重点扶持的三大岛之一，占地约106o 8平方公里。

厂址区域四周由穿山丰岛和群岛所环抱，形成一个近封网水域。

本工程住于厂入号、九头之间。

工程囲：
1. 船台二座：船台长250m,宽45m,水下段长60m,滑道坡度1： 20,滑道底⅛⅛-3o OOm,顶⅛⅛12o 40m；
2. 陆域独立®车道:600T龙门起.重机轨道一组：2x437m; 150T 门机轨道三组：6x3O3m;
3. 直立荻岸约230m。

为了确保船台及驶岸的干地施工，须柱外海側顺變设囲堰，从而确保工程进度。

本工程工作量大，施工时诃相对较紧，施工工期：2008 年1月IeJ ~6月30目，共6个月。

2,旬然条件
2.1水丈资料
设计水住：
设计壽水住：2」4m
设计低水住：∙2.6Om
下水水住：1.5Om
2.2地质资料
场地地质构隹活动轶稳定，未见新构隹运动及活动断裂，不存在液化土层，故属基本稳定区。

根据工程地质勘矗报告，场地地层自上而下分为：Q)I层杂色填土，为新近人工回填而成；Q)2层淤泥、②1 层灰色淤泥质粉质粘土、©)层粘土为软弱场地土；③1层睹绿〜灰黄色粉质粘土、⑤1虎黄〜灰绿色粉质扌占土及⑤2层粉质粘土夹抄砾、碎石为中硬场地土，⑥层强风化晶膚凝灰岩、⑦层中等风化晶屑凝灰岩为坚硬场地土。

由于拟是场地20.Orn深度囲无饱和抄性土及粉土存在，本场地为不液化场地。

场地分布有轶厚的软弱土。

该区域由于拟建场地周禹无污染源存在，对钢结枸具中等腐蚀性。

本次役计钢板桩插入②1层灰色淤泥质粉质粘土土层中，淤泥质粉质粘土的扬力力学性质指栋为：舍水串42.6%,比重 2.74,重度17.4kN∕π√,固快粘聚力13.34kPa, >f⅛角12.5。

其余参数详见地质勘採报告。

3、比选
囲堰是用于囲护水工建筑施工场地的临肘扌当水建筑扬。

围堰具有不同于一般建筑物的施工和运行特点。

其合理的结构应是断面简单、枸筑和拆除方便，满足稔定、卩方冲蚀、防渎漏的要求。

既不可以永久建筑杨对待，又不可掉以轻心、马虎从事。

根据场地现有情况，本次设计比选两种囲堰方案。

方亲A：土石坝囲堰：利用当地现有材料作为主要筑填材料；方案B：钢妆姣囲堰：采用拉春钢板桩作为囲堰外壁，然后填丸粘土。

方＜A ( 土石坝围堰丿为传统的土石囲堰，可采用当地土石材料。

传统的土石囲堰通带存在如下问题：(])囲堰一般要求快速施工，但卖际施工中往往土方量大、土堆不為、沉滑严重。

而在软弱地基上必、须控制加持速率，待地基承栽力提為了，才能往上加持，因此施工速度较慢。

(2)土石囲堰直摟在水下施工，水下扼投的堰蚊受水下自然休止角的控制，而且水下请基困难，通常直棲坐落在覆盖层上，质量往往难以保证。

(3)禹堰亦工程完成后往往需要拆除。

由于丸多在水下，肘常因拆除不彻底，密有很底彩响码头15■沿水深。

(4)由于受水下自然休止角的控制，堆不；⅛,岌成坡度很缓、&地面积丸、方量多，增加填筑与拆除的工作量。

(5)柱水深流速和风冰大的囲堰中，冲蚀严重、边坡不稳定。

特别是亦软土地基上的囲堰，加之潮涨潮落的水住变化，适成沉移、滑坡倒塌，经常需要修补填筑。

方案B (钢板桩囲堰丿采用拉森钢板桩作为囲堰的外璧，亦富开驳岸线适当距离后印可施打两排拉泰钢板桩，最外側钢板桩滩地需程也只有・2。

Omo该方案具有施工速度快、建筑拆除也快、稳定性好、防冲蚀、防激性好的#Ao
综合比较，推荐方亲B,即钢板垓囲堰方亲。

对于施工工期比较紧的那台工程，该方案具有朗显的时问优势。

4、钢板桩08堰设计
4.1平面布置
钢板桩囲堰平行于驳岸线布置，考虑基炕施工场地要求，围堰側钢板桩距离拟建驳岸线5m,南北两端垂直转向并延伸至现有釵岸线。

形成防汛封冈。

囲堰中心线J长约362m,其中顺岸囲堰长245m,南側囲堰长36m,北側囲堰长Slm o
4.2结构设计
囲堰采用拉赫钢板桩囲堰。

囲堰外側拘采用IV型拉森钢板姣，⅛长15m,械顶⅛⅛2.8m,桩底⅛⅛-12.2m,桩顶段囲標，两排桩间采用钢拉杆连摟，拉杆问距3mo桩距5m。

囲堰钢板⅛∣«]⅛⅛性土，-0.5m需程以下及外側钢板桩側牠填線裝土，以增强囲堰的抗滦能力。

钢板桩囲堰完成后，在顶上加筑0.5mi⅛袋裝土囲堰，外海側设浆砌块石小拾墻，墻底及侧设防瀕土工膜。

堰顶需程3.3mo这样可以增长钢板桩的入土深度，提需囲堰的整体稔定性、抗滑性和防渎能力，使国堰设计灵加经济合理。

囲堰外側拋填块石i-0.5m ⅛程，拋石平台宽2m,坡比1： 2。

囲堰側
M⅛⅛,⅛.土至-0.5m ⅛程，顶宽Im,坡比1： 1。

具体结构详见下图。

5. 钢板绘囲燿计算
5.1堰顶為程计算
按《堤防工程设计规》(GB50286—98)第631条，堰顶；⅜程应 按设计洪水住或设计需潮住加堤顶超;⅛确定,堤顶超需按下式确定。

γ=R +e +A
式中:Y ——堤顶⅛⅛(m);
R ---- 设计波浪爬⅛ (m);
e ----- 设计风壅水而⅛ (m).对于海堤、⅛段计;⅛潮佞中包括
风壅水而;⅛度肘\不另计； 妙
F QXl
VY •:
图1爾堰结构图
A----- 安全加⅛(m)o
本工程囲堰设计标准为非汛期10年-i⅛⅛潮住加8级风下限，
经计算，囲堰顶壽程确⅛τ⅛ 3.3mo
5.2外力计算
钢板竝主要受土压力（包括主动土压力和菠动土压力丿、水压力和波派力作用，还有囲顶持载（填土和施工,荷我）。

其中圭动土压力：Z=3.25kPa, q a B = 7.53Xr∕¾, q&D 上= 18∙47Z√⅛, qaD 下
= 8.78Z√⅛,qaE=42.97M⅛;彼动土压力：qp°上= 36.96Z√N qp°τ
=22.23Z√⅛, qpE=166.58X√⅛;水压力：qw=31∙4X√¾;浪压力：
q ac=7.07Xr∕⅛, q oc=21.98Xr∕¾, q bc=12.80XrZ⅛, q dc=12.68Xr∕¾; q = 13.0 kPa Q
计算简图如下：
5.3钢⅛t 桩入土深度计算
钢板桩的外力参照图2,确定由主动土压力、彼动土压力、水压 力和派压力对锚杆妄■裝点的力矩 M⅛∖ M EP 、MFuz 和 M&，钢坂械入土 深度需满足下面经验公式。

M rn
F = --------- 』----------- ≥1.2
M Ea + M 尿 + M &
经计算，M&=引60.84^Λ/ ∙ m∕m. MEP='0390.38kN ・ m/m 、
Λ√F UZ =3408.82M/ ・ m/m 和 M EC =↑5QA6kN ∙ m∕mF=1.61 > 1.2。

5.4堰体宽度计算
/■ ■
Z
‰r = r -.=C- .,⅛ ' n 严©
∣l = f⅛.∙>=--S6 gSZ5
图2计算简图
5.4.1抗剪稔定
抗剪稳定采用下列TerZaghi公式进行计算：
23XEaXtaw “7
W3M
式中：M为外力对基面的力矩，&为囲堰中心线上的压力，0=5.Om,摩矗角0=20° o 经计算，月=106.86 3, M= 175.42 kN • /77, K 歹=0.74 >0.7。

5.4.2抗倾稳定
」• ∕κ 必 A a “0.5B×G + B×T、I .
抚倾稳定公式：KM = --------------------------------- ≥ 1.4
M
式中：Λ√=175.42 kN ∙r∩f G 为堰体毎延采重，6=304.00 kN t T为毎延采钢板
桩与基土的摩阻力，7=300.00 kN, K网=12.88 > 1.4。

5.4.3抗滑稳定
抗滑稳定公式：心=Y丿节'≥1∙4
E w + ES
式中：6=304.00 kN tΛ=tgl2.5o =0.22, S为毎钢板姣的抗剪力，S=A
T , A为毎延采钢板桩的断面积，/4=46.5G*, Q为桩的极限抗剪强度，T =20, d= 106.86 X√√, £}=0,K熔=18.04> 1.4。

5.4.4變基承戟力计算
根据土的抗剪强度指栋，按下列公式确定堤基土承我力特征值:
f dlt =；NMJb ÷ Nqξq v.d + Ncξc Cd
fd =Ydfdh
经计算，畏基土承栽力设计^f d =109.70Zri¾, σma×=89.80ZrZ⅛,地基承载力稔定。

5.4.5地基土管涌计算
地基土的管涌计算应满足下列公式:
KS=E2+〃 ,3.5
∆∕z
式中：∕1=10m, ∕2=10m, B=5m, ∆∕ι =3.14m。

经计算，Ks=7.96>3.5°5.5锚杆和钢板桩力计算
5.5.1锚杆力计算
锚杆的力采用比较符合卖际情况的变住法计算。

即假定钢板桩、外側板桩由于外力作用尹生雯住，亦拉杆处的向变住相等。

计算衣式如下：
Z = (P, +Λ)×(10H3-10∕72C + 5HC2 -C3)∕(80∕∕C)≥3.5
R= (2PDH
•资料・
式中：出为泥面以上主动土庄力之和，你为泥面以上水庄力和浪庄力之和, C 为泥面以上水诛，H 为泥面以上绘长。

经计算，锚杆竝力为22.22Q√,根据设计姿料，錨杆的直径为φ22, ∕v ≈3∖QN∕mm 2,根据公扎N 5 f 、.A 、可求出f,A =117.84ZrAZO 若取妄■全糸 教为1.5,并考虑到锚杆的间距为3.0m,可求出锚杆轴向拉力设计值 N =99.98 kN 。

经验算，錨杆的竝力满足强度要求。

5.5.2钢板桩力计算
钢板桩力计算可丸确定钢板桩剪力为零的住置，然后计算该店的 穹矩，即钢板桩的最大弯矩。

经计算，钢板姣最大弯矩为34.75kN ・m/m 。

根据钢扱桩的结构型式，查得钢扱桩的
∖X∕=85Ocm ∖[σJ=200MPa o 按照下列衣式验算：
经验算，钢板桩的力σ =40.88Λ√∕¾,满足强度要求。

5.6围堰整体稳定计算
采用瑞典圖孤法对囲堰进行稳定计轉，稳定安全糸数采用《建筑 基坑支护规程》公式。

工(W i COS a i tan φi + C i l I )
K= --------------- ------------------------
M max ~~W~
≤H
∑vv<sinσ-
J-I
经计算，K = I.42,囲堰整体稔定符合规要求。

6、钢板竝同堰施工
6.1施工准备：
A,插打钢板桩前的准备工作
a钢板桩经过就卸、运输、会出现撞伤、穹扭及荻口⅛.形，钢板桩在拼组前必须进行检查，射除荻口破裂、扭曲、麦形的钢板桩；剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋密下的戎凌瘤。

b、征钢板桩荻口涂抹黄油以减护插打时獄口间的摩攥和减护钢板桩囲堰的激漏O
C插打钢扱械的导向段备
按照施工方法，一般先打定住械，在定住桩上安置导梁，组成才匡架式的囲笼作为插桩时的导向设备，因此在施打侖必须制作导向架。

B检查振动锤
振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔命一定要进行专门检查，确保线J路畅通，功能正常。

振动锤的端电压要达到380-420V, 而夹板牙占不能有丈多磨损。

6.2插打钢板桩
6.2.1插打第一片钢扱姣
为了确保插打住置准确，第一片钢扱桩是插打的关键。

插打柱导向架上设置一个限¼⅛-⅛÷,大小比钢板桩每•边放大ICm,插打时钢板桩背紧需导向架，边插打边将浮吊钩缓慢下放。

这时在互相垂直的两个方向用经纬仪观测，以确保钢板姣插正、插直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板竝。

柱整个钢⅛t竝囲堰施打过程中，开始时插一根打一根，印将每一片钢板桩打列设计住置，到刹下最后5片肘，要丸插后打，若合拢有誤，用倒链或滑车组对拉使之合拢，合拢后，再逐根打到设计深度。

6.2.2钢板姣的插打作业步骤和技术要点
a, >⅛钢坂姣锁口涂黄油，妄置吊点，才艮据殍吊起重壽度可亦桩顶利用拔桩孔糸千斤顶，如起.重机壽度不够，可用钢丝绳>⅛钢板姣1/3 以上处捆扎，捆扎处应有夹扱，并垫有木块，腔皮以防滑移和受力后吊A处獄D麦形。

b、在钢板桩下端糸揽风绳二根，浮吊起钢板桩樓近垂直状态时，利用揽风绳控制正反方向。

c、钢板桩就住下插，第一片钢板桩沿话动导向下插是整个囲堰的基准，要反复测量检查，使其方向垂直，住置准确，必要肘可加輔助设施,才甕制桩在导向的左右住置O
d、移动浮革，将■桩夹住后，进一步复核姣的垂直度、住置，认可后进行插打。

使钢板桩（第一片或第一组丿下沉到河廉设计⅛⅛, 其它钢板桩则以插打好的桩为准。

对准械口，按制好方向，利用自重下插，当自重不能迪使下插时，可利用紀重或滑车组加压。

6.3拔竝
船台及护岸施工结束，立印拔除钢¼⅛O拔桩裔向围堰灌水。

拔桩时丸用打拔桩机夹住钢板桩头部振动Imin~2min,使钢板姣周囲的土松动，减护土对姣的磨阻力，然后慢慢的往上振拔。

拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来肘，应停止拔姣，先振动Imin〜2min后再往下锤0。

5m〜1。

Om再往上振拔，如此反复既可将■桩拔出来。

同时观矗浮G吃水情况，逐浙加快起拔速度。