钢板桩围堰的设计与施工

发表于2004-04-14     1971人浏览     2人跟帖     总热度:16  


摘 要:根据钢板桩围堰的实际受力状况建立力学模型。通过理论计算确定钢板桩围堰的实际受力,并通过实际施工情况验证该方法的可行性。比规范中采用的经验算法具有更高的精确性和安全性,能够更好的满足工程施工需要。
关键词:钢板桩围堰;设计;施工
目前,对于钢板桩围堰的设计主要是沿用《公路桥涵施工手册》和教科书中的经验算法。由于经验算法带有很大的近似性,并不一定能够真实反映钢板桩围堰的实际受力状况,有时会出现较大的偏差,给围堰的使用带来很多不安全因素。笔者在洪泽苏北灌溉总渠大桥施工中,为避免出现较大的变形,在对钢板桩围堰设计时采用了理论算法。经实践检验,理论算法能够较为精确的反映围堰的实际受力状况,对于合理设置内支撑和减小封底厚度起到了重要的保证作用。下面就钢板桩围堰的设计与施工做详细论述:
1 已知条件
1.1 承台尺寸:10.3m(横桥向)×6.4m(纵桥向)×2.5m(高度),底部设计有10.7×6.8m×1.0m的封底砼。
1.2 承台及河床高程
承台顶面设计高程为h=5.0m,河床底高程为5.5m,河床淤集深度约为30cm。
1.3 水位情况
正常水位:h常=10.8m(此时水深5.3m),最高水位hmax =11.5m(水深6.0m),围堰设计时按最高水位考虑。
1.4 水流速度
因该桥位于水电站下游,水流较为湍急。设计时速V=1.0 m/s,不考虑流速沿水深方向的变化,则动水压力为:
P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN
式中:P-每延米板桩壁上的动水压力的总值(KN);
H-水深(米);
V-水流速度(1.0m/s);
g-重力加速度(9.8m/s2);
B-钢板桩围堰的计算宽度,B=10m;
D-水的密度(10KN/m3);
K-系数,(槽形钢板桩围堰K=1.8~2.0,此处取1.8)。(参照《公路施工手册》,假定此力平均作用于钢板桩围堰的迎水面一侧。)
1.5 河床水文地质条件
河床土质良好,多为粘土、亚粘土,局部有亚砂土,承载力较强。围堰基底至河床部分土质为粘土(层厚约2m)、亚砂土(硬塑状态,很湿,层间无承压水,层厚约为1m)。
2 拟定方案
结合河床地质情况及施工要求,拟采用日本产钢板桩进行围堰施工,长度为15m,宽度为40cm,厚度为18cm。
围堰顶面标高拟定为12.5m,高出最高水位1.0m。围堰设计图3,所有内围囹均采用56b工字钢制作,节点采用焊接(施工中严格执行钢结构施工规范)。为确保整个围囹的刚度和稳定性,对每层中间一道工字钢上面加焊型钢并将上下四道工字刚用25#槽钢焊接连接。在施工期间安排专人值班以防吊物碰撞。
3 围堰(支撑)内力计算
3.1 确定受力图式
3.1.1 钢板桩嵌制形式
河床底部土质较为密实,假定钢板桩底部嵌固于(钢板桩入土深度)t/3=1.5 m处,即承台底2.0m处。(封底砼厚度采用50cm)
3.1.2 动水压力
P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN
3.1.3 河床土质为亚粘土,为不透水层,但考虑到钢板桩施工中会引起板侧土体的扰动,缝隙里充满水,所以考虑水压力的影响。土压力计算取用浮容重,
Υ'=19.4-9.8=9.6KN/m3,ιj=30~50Kpa,σ=100KPa。
3.1.4 经分析可知迎水面为最不利受力面,以此为计算面。所承受荷载假定由两根工字钢平均承担,计算两根工字钢的共同受力。
由受力图式可知,此结构为四次超静定结构,因计算较为繁琐,计算过程不在此详细叙述,得出最大支撑力为2734.95KN,最大弯矩为1117.59KN。
4 验算钢板桩的入土深度是否满足要求
钢板桩入土深度达4.5m,从桥位处地质勘探资料分析,持力层中无承压水,如经计算各道支撑的受力均能满足要求,可不验算钢板桩的入土深度。
5 根据求得的内力验算钢板桩的受力状态及变形情况
5.1 应力
由内力计算结果可知,Mmax=1117.59KN・M。钢板桩外缘拉应力σ=Mmax/W=123MPa<340MPa(容许应力),满足要求。
5.2 变形
经计算,各单元跨中变形值如表1所示。
表1 各单元跨中变形值
单元号 横向位移υ(mm)
1 7
2 10
3 2
4 5
5 3
6 3
6 验算工字钢的受力状态
6.1 轴向受力
由计算可知,最大支撑反力发生在第二道围囹处,其数值为2734.95KN,因工字钢与钢板桩连接处均采用焊接,且角撑刚度较大,不考虑其失稳,仅考虑纵向挠曲,系数取ζ=2,此时其承载力
P=292.9×10-4m2×340×106N/m2/2=4980KN,
安全系数n=4980/2734.95=1.8,其承载力满足要求。
6.2 横向工字钢的抗弯能力
假定支撑反力P=2734.95KN平均作用在横向工字钢上(长度按8.8m计算),荷载集度q=2734.95/8.8=310.8KN/M。经计算,对工字钢跨中产生的最大弯矩Ml/2=864.5KN・M。工字钢抵抗弯矩M`=1000KN・M。安全系数N=1000/864.5=1.15(此处未考虑钢板桩与工字刚的共同作用,实际情况应更为安全),承载力满足要求。
6.3 工字钢挠度
在上述弯矩的作用下,计算出工字钢的跨中挠度L=14mm,满足施工及使用要求。
7 钢板桩竖向承载力的验算
因此钢板桩围堰将利用作为钻机平台,其承受的竖向荷载有:
7.1 钻机及其配套设备自重:150KN;
7.2 支
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 发表于2005-10-05   |  只看该作者      

2

有设计,没施工。

 发表于2005-12-18   |  只看该作者      

3

其实这个帖子在港工里面比较合适,不知道那位版主可以高抬贵手将这个帖子给港工航运板块。

dzmsd

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