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水利工程论文-双排钢板桩在东莞市运河节制闸导流明渠设计中的应用.doc

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水利工程论文-双排钢板桩在东莞市运河节制闸导流明渠设计中的应用.doc

水利工程论文双排钢板桩在东莞市运河节制闸导流明渠设计中的应用摘要结合工程实际,本文首次将双排拉森钢板桩作为边坡支护兼作临时挡土墙结构,其施工简便、快捷,能有效防止流砂、流土,抗渗性能优异,不失为一种经济合理的边坡支护措施,在透水地基的边坡防护中具有一定的参考价值。关键词拉森钢板桩锚定入土深度重力式挡土墙1、工程概况东莞市樟村水质净化厂位于运河樟村段,设计日处理能力近期为360万吨,远期为460万吨,现为亚洲最大的污水处理厂,工程总投资约4.3亿元,工程已于2002年全面开工建设,近期已竣工投入使用。作为净化厂配套工程的运河节制闸,位于厂区上游,担负着拦污、引污的任务,节制闸能否按时竣工投入使用,是净化厂能否按时投产的关键。节制闸设于运河樟村段,历史上实测最大洪峰流量400m3/s,估算施工期(10月4月)最大流量100m3/s。考虑到本工程工期紧,场地狭窄,需全断面截断运河进行施工,设计时初拟在节制闸左岸或右岸布置导流明渠进行施工期导流,实际布置时发现右岸已有进出水涵、提升泵房、施工道路等设施,在该处布置导流明渠难度很高,且施工干扰也很大,不利于赶工期抢进度,故最终将导流明渠布置于节制闸左岸滩地,即东江大堤一侧。枢纽布置见图1。考虑到导流明渠设计流量较大,导流时间也较长(实际使用将近半年),设计时明渠右侧采用连续灌注桩(兼作水闸左岸墙),左侧采用浆砌石挡土墙,砼护底、护面,设计渠长215米,渠净宽20米,渠底纵坡1/1000。断面形式如图2。由于多种原因,工程推迟到2002年12月才动工,此时东江、运河水位均较高,在明渠挡土墙基底试开挖时发现在高程0.00米处有砂夹层,地下水位很高,其地质条件与节制闸早期布孔存在较大差异,开挖过程基坑有流砂、滑坡现象发生,已危及东江大堤安全,工程被迫中止。由于导流明渠是节制闸工程的瓶颈,为尽早开始节制闸,主体工程的全面开工建设,经充分比较分析,尝试采用双排钢板桩代替原设计的浆砌石挡土墙,修改后断面形式如图3、图4。2、工程地质为摸清拟打钢板桩位置的基岩出露情况,以便合理选择桩型、桩长,避免浪费,沿桩轴线补充地质钻探(均为观察孔),结果表明,基岩面起伏极大,强风化砂岩岩面高程3.028.05m,其中75岩面高程3.04.0m,岩面以上主要为中细砂层及耕作土层,地质条件良好。3、钢板桩支护设计3.1钢板桩简介钢板桩是一种较老的基坑支护方式,采用锤击或振动方法打入带锁口的桩体,使之在基坑四周闭合,并保证水平、垂直和抗渗桩体可作成悬臂式、坑内支撑、上部拉锚等支护方式,作为在土方开挖和基础施工时抵抗桩背的土、水压力,使之达到基坑内外稳定桩的型式有U型、Z型及直腹型等,常用的是U型咬口式本工程即采用该桩型。钢板桩最初主要应用于工业与民用建筑的深基坑支护,由于其施工方便快捷、挡土止水效果良好,近期我院已将其应用到多宗水利工程的边坡支护设计中,取得较好的经济效益。但由于钢板桩一次性投资大,打拔费用高,施工时有躁音、振动等问题,在经济欠发达地区、城区应用受到很大限制。日本拉森U型钢板桩资料种类尺寸截面积重量二次力矩截面模量Wmmhmmtmm每片cm2每片N/m每米N/m2每片cm4每米cm4/m每片cm3每米cm3/mYSPI400758.046.49365912429382066.4509YSPU5400807.645.21355888454422064.7527FSPIA400858.045.21355888598450088.0529YSPⅡ40010010.561.1848012009868690121869FSPⅡ40010010.561.18480120012408740152874YSPU94001109.355.01432108010709680120880FSPⅡA4001209.255.014321080146010600160880YSPⅢ40012513.076.4260015001920164001961310FSPⅢ40012513.076.4260015002220168002231340YSPU1540015012.274.4058414602700228002381520FSPⅢA40015013.174.4058414602790228002501520YSPⅣ40015515.596.9976119003690319003112060FSPⅣ40017015.596.9976119004670386003622270YSPU2340017514.794.2174018504380394003302250FSPⅣA40018516.194.2174018505300416004002250YSPV42017522.0134.0105025005950552004333150FSPVL50020024.3133.8105021007960630005203150FSPVIL50022527.6153.012002400114008600068038203.2桩类型选择参照振动法施打钢板桩经验,桩尖能入岩深度仅为1020cm,按岩面高程3.04.0m计算,桩身入土深度在23m间。经估算,悬臂桩入土深度需达6m方能满足结构稳定性要求,故悬臂桩不适合该处地质条件,设计时选择上部有锚固的锚定式板桩。从边坡开挖情况、地质钻探结果分析,堤坡填土较为疏松,若采用常规桩顶设置钢锚杆,一方面锚固效果很难保证,另一方面其打孔、灌浆锚固时间长,无法满足当时赶工期需要,况且其造价也不低。经查阅资料,结合本工程实际情况,确定采用双排钢板桩结构形式作为边坡支护,其中外排钢板桩为挡土、防渗、抗冲,内排钢板桩为锚固、防渗,两者在桩顶采用拉结结构连成一个整体,形成一个重力式挡土墙。3.3结构分析计算按双排拉森钢板桩的受力特点,其结构设计应包括墙体稳定分析计算、锚定桩结构分析计算、桩顶拉结分析计算三大部分内容。3.3.1墙体稳定分析计算计算简图如图5。按一般经验,墙后土料C0,Φ30°(折算),γ19KN/m3,按破裂角θ45°Φ/260°计算的有效挡土高度H8.0m,土压力按朗肯公式计算,则土压力初定双排钢板桩间距4.5m必须保证内排桩落在破裂面以外则土重G1194.53.6307.8KN钢板桩重G21.463.6210.51KN(初选钢板桩型号FSPⅢA,其重量1.46KN/m2)

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