双排钢板桩在东莞市运河节制闸导流明渠设计中的应用

1、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构造，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，设计日处理才能近期为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年全面开工建立，近期已开工投入使用。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，节制闸能否按时开工投入使用，

2、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4003/s，估算施工期10月-4月最大流量1003/s。考虑到本工程工期紧，场地狭窄，需全断面截断运河进展施工，设计时初拟在节制闸左岸或右岸布置导流明渠进展施工期导流，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

3、20米，渠底纵坡1/1000。断面形式如图2。由于多种原因，工程推延到2002年12月才开工，此时东江、运河水位均较高，在明渠挡土墙基底试开挖时发如今高程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，已危及东江大堤平安，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立，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，防止浪费，沿桩轴线补充地质钻探均为观察孔，结果说明，基岩面起伏极大，

4、强风化砂岩岩面高程-3.02-8.05，其中75%岩面高程-3.0-4.0，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，并保证程度、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，作为在土方开挖和根底施工时抵抗桩背的土、水压力，使之到达基坑内外稳定；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，获

5、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，在经济欠兴隆地区、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()h()t()每片(2)每片(N/)每米(N/2)每片(4)每米(4/)每片(3)每米(3/)YSP-I400758.046.49365912429382066.4509YSPU-5400807.645.21355888454422064.7527FSPIA400858.045.21355888598450088.0529YSP-40010010.561.1848012009868690121869FSP-40010

6、010.561.18480120012408740152874YSPU-94001109.355.01432108010709680120880FSPA4001209.255.014321080146010600160880YSP-40012513.076.4260015001920164001961310FSP-40012513.076.4260015002220168002231340YSPU-1540015012.274.4058414602700228002381520FSP-A40015013.174.4058414602790228002501520YSP-40015515.596

7、.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

8、参照振动法施打钢板桩经历，桩尖能入岩深度仅为1020，按岩面高程-3.0-4.0计算，桩身入土深度在23间。经估算，悬臂桩入土深度需达6方能满足构造稳定性要求，故悬臂桩不适宜该处地质条件，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，假设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构造形式作为边坡支护，其中外排钢板桩为挡土、防渗、抗冲，内排钢板桩为锚固、防渗，两者在桩顶采用拉构造造连成一个整体，形成一个重力式挡土墙。3.3构造分

9、析计算按双排拉森钢板桩的受力特点，其构造设计应包括墙体稳定分析计算、锚定桩构造分析计算、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。按一般经历，墙后土料=0，=30折算，=19KN/3，按破裂角=45+/2=60计算的有效挡土高度H=8.0，土压力按朗肯公式计算，那么土压力初定双排钢板桩间距4.5(必须保证内排桩落在破裂面以外)那么土重G1=194.53.6=307.8KN钢板桩重G2=1.463.62=10.51KN初选钢板桩型号FSP-A，其重量1.46KN/2基底摩擦系数f=tg=0.577G=G1+G2=307.8+10.51=318.31KN抗滑稳定系数满

10、足标准要求。3.3.2锚定桩构造分析计算计算简图如图6。按下端自由支承，上端有锚定拉杆的板桩进展计算详见?支挡构造设计手册?，过程略求得板桩入土深度t=2.5锚定杆拉力T=28.65KN/板桩最大弯矩ax=50.33KN./板桩需要截面模量ax=ax=3473/考虑到钢板桩需打入强风化砂岩，且其防护之东江大堤极为重要，应选用较大截面拉森钢板桩，型号FSP-IIIA，其=15203/。由于岩面较高，桩尖仅打至-4.00高程，此时桩入土深度为2.4，略为缺乏，为平安计，设计时将桩外2范围护底高程进步1作为平安储藏。3.3.3桩顶拉结分析计算设计时为便于调整双排钢板桩预紧度，采用型钢将桩顶夹紧，再用

11、螺栓拉结。考虑到钢板桩单桩宽度400，设计拉结螺栓间距取a=1.6，那么螺栓拉力T=1.6T=45.84KN采用32圆钢加工，其允许拉力100.5KN，桩顶型钢按均布荷载连续梁计算，其ax=ax/=46.03选用两条16010010，其=262.13=124.2633.4结论按双排钢板桩方案施工振动法打桩，在半个月内即完成打桩、桩顶拉结等所有工作，不但防止高边坡开挖危及东江大堤平安，而且由于U型咬口式钢板桩有自止水功能，根本杜绝了基坑渗水、流砂等问题，获得了极好的社会经济效益。工程现已开工，明渠已填平恢复原状。但是，由于振动法施打钢板桩过程其振动频率极高，致使可液化土砂层瞬时液化，承载力下降，周边地面出