拉森钢板桩水中围堰设计及验算.doc

拉森钢板桩水中围堰设计及验算注：本文着重介绍在水中拉森钢板桩围堰施工中，常见的设计步骤及验算方法，并配以示例图片。1.数据参数收集首先需要侧得墩水深,需清除的淤泥厚,在抽水清淤时需要设置多层支撑,此处支撑一般采用等弯矩布置。施工中采用拉森型钢板桩,需知道钢板桩的惯性模量W,抗弯强度设计值fb。其他需要的参数：水重度w,砂粘土的重度,内摩擦角,粘聚力c。2.确定支撑层数与间距按等弯矩布置各层支撑的间距,得出板桩顶部悬臂端的最大允许跨度如3.88m，则支撑层数之间的间距依次为L1=2.5m,L2=2m,L3=2m,L4=2.28m,L5=2m。3.拉森钢板桩的长度计算首先要确定板桩的入土深度,选择用盾恩近似法来计算板桩的入土深度,需要先计算出朗肯主动土压力系数Ka和朗肯被动土压力系数Kp。再根据采用的支撑数,算出总的最低钢板桩桩长如16.99m。鉴于拉森钢板桩的长度,决定采用拉森桩桩长为18m,埋入深度为6.02m。由计算可知埋入深度满足围堰的稳定性要求。4.拉森钢板桩强度复核计算需要参数：钢板桩的截面抵抗矩为W,钢板桩允许抗弯应力,得出Mmax来判断选用的拉森型钢板桩是否满足强度要求。5.抗倾覆验算由3可知：拉森桩理论埋入深度为L,而实际埋入深度为L。计算抗倾覆系数k=L/L是否满足要求。6.基底隆起验算即水压力和淤泥压力的合力q=w(H+L5)+(h+L5)7.腰梁支撑强度、刚度钢板桩围堰平面尺寸如为8.8m10m,支撑采用并拼双道36b型工字钢,斜撑采用60cm壁厚12mm的管桩。斜支撑按45角布置于腰梁相邻两工字钢之间,两斜支撑焊接于三等分工字钢。 腰梁间距D确定后，计算腰梁所承受的均布水平荷载P，即假定腰梁承受相邻两跨各半跨上的侧压力，再分别计算出土中和水中的侧压力。计算工字钢腰梁内力时，按腰梁布置中所受均布荷载最大及最长工字钢进行计算，并假定拉森桩外侧压力通过拉森桩全部传到工字钢上。计算腰梁轴向承载力，腰梁最大弯曲应力看是否满足强度要求。再进行挠度计算，判断刚度是否满足要求。三大常用计算1. 钢板桩长度的确定和计算钢板桩长度可以看做由3部分组成：板桩顶-承台底（由最高水位和承台埋深决定）、封底厚度、板桩锚固深度。 1.1 封底厚度计算 （1）条件一：在围堰封底抽水后，封底素混凝土将受到可能产生的向上最大水压力的作用，要求封底混凝土不应出现折裂致使围堰穿孔。即封底混凝土抗弯满足要求。 按照周边简支支撑的双向板，承受均布荷载时计算跨中弯矩M。计算时常常设a1、a2为弯矩系数，根据围堰长宽比例不同，取值为0.40.9。设p为矩形板的计算跨度，取最小跨。 封底厚度计算根据求的的弯矩计算封底厚度H （2）条件二：在封底混凝土和钢板桩之间的粘结作用不致被静水压力破坏时，满足围堰抗浮要求。验算是否满足抗浮稳定要求。K=(G1+G2+G3+P)/F1.05式中G1为钢板桩自重（含支撑）；G2为封底混凝土自重；G3为浮力；P为桩基混凝土总重；F为钢板桩与土之间的总摩阻力。 1.2 锚固深度计算不同锚固形式的板桩计算方法各异,结果也不相同,一般悬臂式最大,但是对同一个结构我们只需要一个最合理的结果。建议先按照多锚(支撑)式板桩计算,最终在进行基坑稳定性验算时予以修正。常用盾恩近似公式计算：(Kp-Ka)X2-KaHX-KaHL5=0式中Ka主动土压力系数;Kp水面距最下面一层支撑的距离;L5最下面一层支撑距基坑底距离;X被动土压力系数;H入土深度。式中Ka、Kp、H、L5均为已知,解之即得入土深度X。2. 验算钢板桩和围囹截面、强度计算模型的建立应根据施工过程的不同选择最不利工况，施工工况常可分为三种。作为单根板桩计算时,应选择迎水面作受力分析,充分考虑动水压力、冰压力(如果有)及冲刷深度的影响。(1)工况一:有水清底至封底底高程。按照无支撑悬臂板桩计算,假定铰接点在板桩底部,在最终解得板桩入土深度后再适当增加10%20%。(2)工况二: 抽水至一定高程后安装第一道支撑。按照单锚(支撑)式板桩计算,假定铰接点在支撑点,计算时,被动土压力仅取一部分,即安全系数取2。(3)工况三:继续抽水安装剩余支撑。按照多锚式板桩计算,根据现场施工材料的选择,可采用等弯距布置法或等反力布置法计算。需要说明的是,如果由于基坑深度或受其他条件影响,需要继续增加支撑,则剩余几道支撑尚应继续分工况计算。3. 围堰稳定性分析与验算在深水基础中,围堰可能因为入土深度不够、两侧的冲刷深度差异,加之受水流冲击等出现倾覆,所以有必要对围堰的稳定性进行分析与验算。其中包括:抗倾覆、基坑底部隆起、基坑底管涌、支护整体稳定性及抗浮稳定性验算等内容,实际施工时可根据实际情况选择计算其中的几项即可。3.1 抗倾覆验算为了保证深基坑开挖安全和基坑周围土体的稳定,钢板桩应该有一定的插入深度。根据静力平衡条件N=0、M=0计算要求的最小插入深度,为确保开挖安全和土体稳定再增加20%的计算值。3.2基坑底部的隆起验算在封底混凝土浇筑之前,如果板桩背后的土柱重超过基坑底面以下地基土的承载力,就有可能造成坑底破坏。为保证地基土稳定,K值应大于等于1.2。K=Mr/Mov112式中K安全系数；=Mr稳定力矩，Mov转动力矩。值得商榷的几个问题1. 封底厚度计算封底厚度关键决定于荷载q和板长l的取值，建议荷载取值时充分考虑水和土体件浮力，基坑深度范围按照土的浮容量而不是水的容量计算，板长一般按照基坑小边尺寸计算,这和取桩基切割后的长度计算比较,两者相差要达到110m以上,从实际应用的情况看,建议取桩基分割后的长度计算,可以有效降低成本,节约工期。2. 关于入土深度入土深度对钢板桩围堰而言是一个十分重要的指标,市场上可供选择的板桩的截面有限,实际钢板桩围堰的设计就是选择板桩长度与支撑方式,而这两者都与板桩入土深度密切相关。计算时首先要根据水文条件假定一个值,然后再复核,是一个多次循环的过程,对同一个工况如此,对不同的工况更是如此。3. 单锚钢板桩的支撑方式单锚式板桩的计算按照入土深度不同分为浅埋和深埋两种,前者假定下端为自由支撑,后者假定下端为固定支撑。实际深水基础承台自身高度加封底厚度、河床埋深等一般要超过6m,建议使用时直接按深埋式计算,因为在复核稳定性时是按照力和力矩平衡计算的。另外，钢板桩由于其墙身的柔性，它的施工方法与支撑构造有关，与一般的基于库仑