钢板桩筑岛围堰计算书

吴淞江大桥主墩筑岛围堰设计计算书
一、计算依据
㈠.承台尺寸：30.3m（横桥向）×12m（纵桥向）×3.5m（高度）；
㈡.承台及河床高程：承台顶面设计高程为－0.500m，承台基坑底标高按承台底标高向下80cm计，即－4.800m，河床底高程为－2.687m，根据施工图纸，该处地质情况较差，河床以下20m左右深均为淤泥质亚粘土；
㈢.水位情况：目前实测水位为h实＝1.013m（此时水深3.7m），最高通航水位hmax＝2.117m（此时水深4.804m），围堰设计时按最高通航水位考虑；
㈣.水流速度：按1.5m/s计。

二、参考资料
㈠.《公路施工手册－桥涵》；
㈡.《桥梁施工工程师手册》。

㈢.《基础工程》。

三、计算
按满足施工操作空间的需要，围堰平面尺寸采用33m（横桥向）×15m（纵桥向），按防水要求根据规范围堰顶面高程采用3.0m，围堰内设一层导梁，围堰材料采用国产包IV型钢板桩，内部填土筑岛，形成施工操作平台。

计算方法采用《公路施工手册－桥涵》中的经验算法。

根据对水文、地质条件和该围堰的受力情况分析，采用《公路施工手册－桥涵》中图5－44（板桩计算图三）中5－5曲线进行计算如下（土的内摩擦角φ＝20o）：
㈠.钢板桩
h＝αH=0.48×6.917＝3.32m
则所需最小入土深度h min＝3.32+（－2.867）－（－4.800）＝5.25m
M max＝M＝β1H3=0.28×6.9173＝92.66KN·m
R max＝R＝ξH2＝4.4×6.9172＝210.52KN
钢板桩是3号钢，常用容许弯曲应力[σ]＝180MPa，则所用钢板桩（每1延米）的最小断面模量为：
Wmin＝M max/[σ]＝92.66×103/180×106
＝0.515×10-3m3
＝515cm3
所选用的钢板桩完全满足要求。

㈡.支撑系统
1支撑位置：S1＝0.475H+0.16h＝0.475×6.917+0.16×3.32＝3.816m
S2＝0.525H－0.16h＝0.525×6.917－0.16×3.32＝3.101m 可见导梁位置位于高程为2.117－3.816＝-1.699m处，考虑承台施工时的空间问题，现将内导梁和横撑的轴线高程调整为 1.000m，以满足施工需要，其受力仍按上面得到的R max＝210.52KN计算。

2横撑最大间隔采用l＝4.623m(见布置图),则
内导梁的弯矩M＝Rl2/8＝210.52×4.6232/8＝562.4 KN·m
内导梁采用工字钢，则所用工字钢的最小断面模量为：
Wmin＝M/[σ]＝562.4×103/180×106
＝3.124×10－3m3
＝3124cm3
另钢板桩自身套形卡口处可以承受1000KN/m的拉力，选用I40a的工字钢（W＝1085.7cm3）作为矩形内导梁框即可满足要求。

横撑材料的选用：
导梁按简支计算，其受力图示如下：
q＝210.52KN/m
R
则最大支反力R＝1/2qL=0.5×210.52×4.623＝486.62KN
横撑由于主要承受轴向压力，故对选用材料的截面最小截面面积A的取值应该由如下关系式：
R≤P cr＝σcr A
则A≥R/σcr＝486.62×103/190×106
2
＝0.256×10－2m2
＝2560 mm2
故选用Ⅰ40（A=8607 mm2）
所用材料拉杆稳定的验算（安全系数取2.0）：
P cr＝π2EI/l2＝3.142×2×1011××10－12/22
＝5570.6KN≥2.0R＝421.04KN 满足要求
而对拉钢丝选用φ12的钢丝绳即可满足要求。

以上板桩导梁的计算参照下图：
板桩计算图示
其中H=2.117－(－4.800)＝6.917m
㈢.桩的入土深度不足有可能引起坑底涌砂等危险，故采用《公路施工手册－桥涵》中的公式5－23进行板桩入土深度的调整：
基坑抽水后水头差及渗流示意图
图中h2＝h1－h，＝h1－6.917
h，＝6.917
则根据K sρw h，/( h2+h1) ≤ρb
（K s取2.0，ρb＝（19.5－9.8）/9.8＝0.99g/cm3，ρw＝1 g/cm3）
解得h1≥10.44m
由此最终确定钢板桩得最小插打深度为10.44m，单根钢板桩长度为10.44+3.00－（－2.867）＝16.31m，根据具体情况确定钢板桩长度为15m，整个围堰所用材料数量见围堰设计图纸。

四、施工中注意事项
㈠．钢板桩的堵漏
一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝。

假如效果不理想，可以在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的，对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。

㈡．围囹的安装
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围囹的安装应随着抽水的深度逐层实施，安装过程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负责施工期间的抽水工作。

值得注意的是工字钢与钢板桩的连接，由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，预计整个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。

为防止围堰的变形，要求将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，围堰的四个角更应加强。