秦淮河三汊河口闸工程钢板桩围堰设计

1、文章编号:100722284(20060320105203秦淮河三汊河口闸工程钢板桩围堰设计熊江平,胡俊红,金勇,郭久贤(上海勘测设计研究院,上海200434摘要:秦淮河整治工程三汊河口闸工程钢板桩围堰设计采用拉森钢板桩,堰身为袋装吹填土。本工程施工围堰设计包括围堰稳定、抗倾、板桩刚度、拉杆强度以及渗透稳定设计护等。通过设计优化,堰身采用袋装吹填土,减少了填土对钢板桩的水平侧压力,使钢板桩长度比原回填土方案缩短了约30%,同时降低了施工难度,大大缩短了围堰施工时间和造价。关键词:拉森钢板桩围堰;结构设计中图分类号:TV663+.2文献标识码:B1工程概况秦淮河是长江南岸一条支流,其干流段长度3

2、4km,流域面积2631km2。秦淮河两岸是南京城比较繁华的区域,但秦淮河的现状与整个城市的发展已不相适应,亟待整治,以提升城市整体形象。南京市三汊河口闸工程位于秦淮河入江口段,河口闸的主要功能:非汛期关闸蓄水,抬高外秦淮河水位,形成景观;汛期来临则开闸放水行洪。河口闸门型在我国首次采用双孔护镜门(闸门为半圆形的三铰拱结构。三汊河口闸工程的等级为2等2级。由于河口位置的地质情况很差,淤泥质粘土层厚超过20m。而设计水位又很高,外河设计水位7.96m(内河设计水位7.93m,泥面高程约为0m,施工围堰堰高和作用水头均很大,所以围堰设计存在较大难度。主要创新为堰身结构采用袋装吹填土代替常规的回填土

3、。2场地工程地质条件根据工程地质勘察报告,场地地层自上而下可分为:第1层,素填土;第1-3层,淤泥质填土近期冲淤积土;第2层,淤泥质粉质粘土;第2-1层,粉质粘土;第3层,粉质粘土;第3-1层,淤泥质土。表1列出了堰址处第2层淤泥质粉质粘土的物理力学性质指标。表1淤泥质粉质粘土的物理力学性质指标含水率/%比重重度/(kN/m3直剪c q/kPaq/(°渗透系数/(10-6cm/s垂直方向k v水平方向k h收稿日期:2005212215作者简介:熊江平(19712,男,工程师。3板桩结构土压力计算板桩结构简图见图1。第2层淤泥质粉质粘土的重度= 17.9kN/m3,饱和重度sat=1

4、8.23kN/m3,土的内摩擦角q =7.4°,粘聚力C q=11.2kPa,主动土压力系数K a=0.772,被动土压力系数K p=1.296。板桩内及墙后均采用砂性吹填土填筑,吹填土的重度1=15.0kN/m3,吹填土的饱和重度sat =18.0kN/m3,内摩擦角=20°,粘聚力C=0,主动土压力系数K a1=0.49,被动土压力系数K p1=2.04。水位按最危险组合情况进行计算,堰内剩余水头控制在2.5m高程以下。q取为35.28kPa,土压力按文献1中公式进行计算,土压力计算简图见图2。4钢板桩入土深度计算钢板桩的土压力计算参见图2,确定由主动土压力、被动土压力

5、和水压力对锚杆安装点的力矩M Ea、M Ep和M E w,钢板桩入土深度需满足下面经验公式2。F=M EpM Ea+M E w1.2经计算,M Ea=15136.26kNm/m,M Ep=23813.96 kNm/m,M E w=3477.19kNm/m,F=1.28>1.2。5堰体宽度计算堰体宽度应满足抗剪、抗倾、抗滑、地基承载力和防止地基土管涌的要求。5.1抗剪稳定抗剪稳定采用下列Terzaghi公式3进行计算:K=2B×Ea×tan3M0.7式中:B=10m;内摩擦角=20°经计算,E a=229.86kN; M=533.95kNm;K=1.04>

6、;0.7。501中国农村水利水电2006年第3期图1板桩结构简图(高程:m;其余:cm图2土压力计算简图(单位:m 5.2抗倾稳定抗倾稳定应满足下列公式3:K=0.5B×G+B×TM1.4经计算,G=276.14kN,T=330.0kNm,K=15.18> 1.4。5.3抗滑稳定抗滑稳定应满足下列公式3:K=G×f+2SE w+E s1.4式中:G=276.14kN;f=tan7.4°=0.13;S=A;A=156 cm2;=200MPa;E w为水压力,E w=306.25kN;E s为土压力,E s=0。经计算,K=20.78>1.4。5

7、.4地基承载力计算根据土的抗剪强度指标,按下列公式4确定地基土承载力特征值:f dh=12N rr rb+N qq r0d+N cc C df d=d f dh经计算,地基土承载力特征值f a=416.45kPa,max=299.61kPa,地基承载力稳定。5.5地基土管涌计算地基土的管涌计算应满足下列公式3:K=l1+l2+Bh3.5式中:l1=11m,l2=11m,B=10m,h=7.96m。经计算,K=4.02。6锚杆和钢板桩的内力计算6.1锚杆的内力计算锚杆的内力采用比较符合实际情况的变位法计算。即假定钢板桩内、外侧板桩由于外力作用产生变位,在拉杆处的内向变位相等。计算简图见图3。计算

8、公式3如下:Z=(P1+P2×(10H3-10H2C+5H C2-C3/(80H CP1=(2P a-P水/H P 2=(2P a +P 水/H式中:P a 为泥面以上主动土压力之和;P 水为泥面以上水压力之和;C 为泥面以上水深;H 为泥面以上桩长。 图3变位法计算简图经计算,锚杆拉力52.29kN ,根据设计资料,锚杆的直径为32,f y =310N/mm 2,根据公式N f y A s ,可求出f y A s =249.3kN 。若取安全系数为1.5,并考虑到锚杆的间距为0.8m ,可求出锚杆轴向拉力设计值N =207.8kN 。经验算,锚杆的拉力满足强度要求。6.2钢板桩的内

9、力计算钢板桩内力计算可先确定钢板桩剪力为零的位置(高程-0.45m 处,然后计算该点的弯矩,即钢板桩的最大弯矩。计算简图见图4。经计算,钢板桩最大弯矩分别为36.31kN m/m。 图4弯矩计算简图根据钢板桩的结构型式,查得钢板桩的W =850cm 3,=200MPa 。按照下列公式验算: =M max W经验算,钢板桩的内力为42.72MPa ,满足强度要求。7堰体整体稳定性分析采用瑞典圆弧法对堰体进行稳定性分析,稳定安全系数采用建筑基坑支护规程公式计算,图5为采用河海大学土石坝稳定分析系统V4.0软件对堰体整体稳定性验算简图。计算结果表明,堰体整体稳定性符合规范要求。K =ni =1(W

10、icos itan i+c i l in i =1W i sin i图5堰体整体稳定性验算参考文献:1尉希成编著.支挡结构设计手册M .北京:中国建筑工业出版社,1995.2龚晓南.深基坑工程设计施工手册M .北京:中国建筑工业出版社,1998.3周连有.双排钢板桩围堰设计实例Z.天津市交通委员会.4洪毓康主编.土质学与土力学M .北京:人民交通出版社,1989.(上接第66页高抑制性的有机物则需长时间进水,同时只要控制污染的积累量使污染物达到的最高浓度不超过抑制浓度,将有利于提高过程的反应速度,由表6可见,进水时间1h 时恰好既能提高反应速度,又能控制污染的积累量,因此,推荐采用进水时间为1h 。3结语(1强化填料SBR 工艺对处理高浓度制药废水较常规SBR 工艺不仅可以提高COD 去除率近20%,而且可以缩短反应时间10h 左右。(2对于这种难降解且对微生物有抑制性的高浓度制药废水进水方式宜采用非限制方式,进水时间为1h 。(3强化填料SBR 工艺处理高浓度制药废水的最佳运行工序为一周期28h ,其中反应26h (含非限制曝