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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-3.02-8.05m,其中75%岩面高程-3.0-4.0m,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W(mm)h(mm)t(mm)每片(cm2)每片(N/m)每米(N/m2)每片(cm4)每米(cm4/m)每片(cm3)每米(cm3/m)YSP-I400758.046.49365912429382066.4509YSPU-5400807.645.21355888454422064.7527FSPIA400858.045.21355888598450088.0529YSP-40010010.561.1848012009868690121869FSP-40010010.561.18480120012408740152874YSPU-94001109.355.01432108010709680120880FSPA4001209.255.014321080146010600160880YSP-40012513.076.4260015001920164001961310FSP-40012513.076.4260015002220168002231340YSPU-1540015012.274.4058414602700228002381520FSP-A40015013.174.4058414602790228002501520YSP-40015515.596.9976119003690319003112060FSP-40017015.596.9976119004670386003622270YSPU-2340017514.794.2174018504380394003302250FSP-A40018516.194.2174018505300416004002250YSP-V42017522.0134.0105025005950552004333150FSP-VL50020024.3133.8105021007960630005203150FSP-VIL50022527.6153.012002400114008600068038203.2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-3.0-4.0m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C=0,=30(折算),=19KN/m3,按破裂角=45+/2

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