(2#墩)水下承台钢板桩围堰施工设计方案 本文关键词：围堰，水下，钢板，设计方案，施工
(2#墩)水下承台钢板桩围堰施工设计方案 本文简介：一、说明金溪大桥主墩（2#墩）桩、承台，水深6m多，拟定采用钢板桩，围堰抽干水施工，为加快施工进度，用钢板桩将左右幅两个承台围起来一起同时施工。本方案主要考虑施工方便采用悬臂板桩不设支撑，其长、宽方向，每边加宽1m作为工作面，以及施工抽水之用。施工方法：1）先每隔5m打φ48mm钢管桩，定位设置导框
(2#墩)水下承台钢板桩围堰施工设计方案 本文内容：
一、
说明
金溪大桥主墩（2#墩）桩、承台，水深6m多，拟定采用钢板桩，围堰抽干水施工，为加快施工进度，用钢板桩将左右幅两个承台围起来一起同时施工。
本方案主要考虑施工方便采用悬臂板桩不设支撑，其长、宽方向，每边加宽1m作为工作面，以及施工抽水之用。
施工方法：
1）
先每隔5m打φ48mm钢管桩，定位设置导框架，导框架采用I326焊接在钢管桩上，形成一框架整体，然后施打钢板桩。
2）
施打钢板桩之前，先将基底用抓斗船挖平整至-3.0m高程，然后施打钢板桩。
3）
围蔽面积较大要设置足够的抽水泵，确保施工顺利实施。
二、基本资料
1）
钢板桩顶高程：+3.0m（比最高潮水位高30cm）
2）
最高潮水位：+2.7m
3）
水下承台桩顶标高：-3.0m
4）
地质资料：
r湿=1.64T/m3
σ0
=76Kpa（容许承载力）
C
=12
Kpa（平均粘聚力）
θ=17o
(内摩擦角均值)
K=
0.59（修正系数）
二、
悬臂钢板桩的计算：
1、采用试算求出l1值：
1
2
1
2
设板桩的入土深度l1=12m
a）Pω=
rh2=
×10×5.72=16.245吨
1
2
θ
2
b)计算被动土压力：
1
2
Pe=rtg2(45o+
)×
×l12×K
=0.64×tg253.5×
×122×0.59
=49.75吨
1
2
1
2
Pω=
rh2=
×1×122=72吨
则：Pωe=49.75+72=121.75吨
1
3
c)．对O点取力矩：
1
3
Mωe=
×12×121.75=487
T—M
487
225.81
Mωe
Mω
Mω
=（
×5.7+12）×16.245=225.81
T—M
K=
=
=2.16＞2（合符要求）
取板桩的入土深度为12m。
2.采用试算求出l2值：
g点是剪力为零的点，令Pωe=Pω就可计算出l2值。
设：l2=4.385m
1
2
1
2
则：
17
2
1
2
水压力：Pω=
rl22=
×1×4.3852=9.61吨
1
2
被动土压力：Pe=
rl22
tg2(45o+
)
×0.59
=
×0.64×4.3852×tg253.50×0.59
=6.63吨
Pωe=9.61+6.63=16.24吨
为此：Pωe=
Pω
=16.24吨(则L2=4.385m合符要求)
3.计算dgh的合力：
θ
2
1
2
1
2
1
2
水压力：Pω=
rH2
=
×4.3852×1=9.61吨
土压力：Pe
=
rh2tg2(45o+
)×k′
=0.5×0.64×4.3852×1.826×0.59
=6.63吨
总压力
Pωe
=9.61+6.63=16.24吨
以g点为中心取力矩：
M1=（1.9+4.385）×Pω=6.285×16.24=102.07
T—M
M2=16.24×1.46=23.71
T—M
7836000
16000
Mmax
W
Mmax=
M1-
M2=102.07-23.71=78.36
T—M
σ=
=
=489.75kg/cm2＜1200kg/cm2
采用拉森Ⅲ型：W=16000cm2
采用的板桩的总长度为18m。
二、采用单锚浅埋板桩：
单锚浅埋板桩，假定上端为简支，下端为自由支承，这种板桩相当于单跨简支梁。
作用在墙后为主动土压力，作用在墙前为被动土压力。
（计算简图）
设板桩的入土深度为3.8m
BG=rH=1×5.7=5.7吨
1.计算主动土压力：
θ
2
5.7
B
G
M
Ea
D
F
BG=
rH=1×5.7=5.7吨
DF=
rH+
rHtg2(45o-
)
5.7+10.83
2
3.8m
=9.5+0.64×3.8×0.548=10.83吨
10.83
Ea=3.8×（
）=31.41吨
27.36
16.53
3.8
3
5.7+2×10.83
5.7+10.83
3.8
3
合力的作用点：
BM=
×（
）=
×
=2.1m
Ha=5.7+2.10=7.8m
1
2
1
2
2.计算被动土压力：
θ
2
1
2
水压力：
rH2=
×1×3.82=7.22吨
被动土压力：
rH2
tg2(45o+
)
×k′
=0.5×0.64×3.82×1.826×0.59
=4.98吨
合计：Ep=7.22+4.98=12.2吨
（3×12.2-2×31.41）×5.7
2×（31.41-12.2）
(3Ep-2Ea)×H
2×（Ea-Ep）
HP=8.23m
149.454
38.42
(36.6-62.82)×5.7
2×19.21
计算：t=
=
=
=
=3.89m
通过计算：入土深度采用3.8m是合符要求的。
3.求RA的支座反力：
Σx=0
则RA=Ea-Ep=31.41-12.2=19.21吨
4.求最大弯矩
31.41×7.8×0.43
8.23
Ea×7.8×0.43
8.23
Fab
L
Mmax=
1280000
16000
Mmax=
=
=12.8T—M
Mmax
W
σ=
=
=80kg/cm2＜[σ]=1200kg/cm2
拉森Ⅲ型：W=16000cm3
板桩的总长度10m，需设顶端支撑。
三、采用单锚式深埋板桩
单锚式深埋板桩，上端为简支，下端为固定支承，其计算采用等值梁法。
1、计算钢板桩前后的压力强度
H=5.7m
Pb
r(K×Kp-Ka)
BE=rH=5.7吨，Pb=5.7吨
y=
17o
2
θ
2
式中：Kp—被动土压力系数
17o
2
θ
2
Kp=tg2(45o+
)=
tg2(45o+
)=1.826
Ka=tg2(45o-
)
=
tg2(45o-
)
=0.548
5.7
1.2
5.7
1.64×（0.7×1.826-0.548）
K—被动土压力修正系数K=0.7
则：y=
=
=4.75m
对A点取力矩
32.49
10.45
5.7×5.7
10.45
Po×（4.75+5.7）=5.7×5.7
Po=
=
=3.1吨
Σx=0
RA=5.7-3.1=2.6吨
5.7×5.7×4.75
10.45
Faab
L
按简支梁计算：
6Po
r(k·kp-ka)
最大弯矩：Mmax=
=
=14.77吨
X=
Po=3.1吨
6×3.1
1.64×（0.7×1.826-0.548）
X=
18.6
1.2
X=
=
15.5
=3.94m
to=x+y=4.75+3.94=8.69m
t=1.1to=9.6m
t-to=9.6-8.69=0.91m
板桩的入土深度为：9.6m
1477000
16000
Mmax
W
板桩总长取16m，拉森Ⅲ型W=16000cm3
σ=
=
=92.3kg/cm2＜1200
kg/cm2
1、板桩稳定性验算：
板桩的入土深度除保证本身的稳定外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。
在水压力G的作用下，下部的软
土地基沿圆柱BC产生滑动和破坏，则失去稳定的地基上绕圆柱面中心轴转动。
X2
2
X
2
则：转动力矩：
Mov=G
=(q+rh)
π
π
稳定力矩：
θ
θ
Mr
=x∫τ（xdθ）
水下饱和土时τ=0（抗剪强度）
Mr
Mov
则隆起安全系数：
K=
≥1.2
2πc
q+rh
假设土层为匀质时，则
K=
≥1.2
本方案：q=0,r=10KN,h=5.7m,C=12Kpa
75.36
5.7
2×3.14×12
10×5.7
则：K=
=
=1.32≥1.2
不会隆起。
2.基底管涌验算：
当抽干水施工时，有可能发生管涌或流砂现象，为了施工安全，应防止这种现象的发生。
r
j
K=
≥1.5
K—管涌安全系数1.5~2
J
—水头梯度
h
h
+2t
r
—土的浮溶重
j=jrw=
×rw
kh
rw-r
h
2r
代入上式整理得：
t≥
r
—土的浮溶重，0.64吨/m3，K=1.5，h
=5.7m
1.5×5.7×1-0.64×5.7
2×0.64
rw—地下水的重度1吨
8.55-3.65
1.28
则t=
=
=3.83m
因此，不会产生管涌现象。
3、钢板桩面层支撑验算
（单锚深埋板桩）
验算纵向2—I45按3跨连续梁计算
Mmax=0.1ql2=0.1×2.6×10.182=26.94T—M
1
2
每条承受的弯矩：
Mmax=
×26.94=13.47T—M
1347000
1500.8
M
W
I456
W=1500.4cm3
ql4
100EI
σ=
=
=897.52kg/cm2＜1700kg/cm2
QS
Iδ
剪力：V=0.6ql=15.88T
挠度ω=Kω×
Kω=0.677
τ=
Q=15880kg
S=887.1cm3
14087148
45574.65
15880×887.1
33759×1.35
I=33759cm4
δ=13.5mm
τ=
=
=309.1kg/cm2
2.6×10.184
100×2.1×106×33759
ql4
100EI
＜[τ]=1000kg/cm2
2600×10739.67
2.1×108×33759
27923142
70893900×105
ω=ωk×
=
×0.677
=
×0.677=
×0.677
1018
400
L
400
=0.266cm
f=
=
=2.55cm
W＜f
合符要求。
1.横向支撑荷载：
10.18×2.6T/m=26.46T
2.杆端的连接：
Lo=μoL
μo=1(查钢结构表3-14)
Lo=1×10.18=10.18m
3.长细比的计算：
λ=Lo/r
r—回转半径，壁厚为8mm
1018
16.7
482+46.42
4
d2+d12
4
λ=
=
=16.7cm
λ=
=61＜[λ]=150
θ=0.837（查钢结构附录Ⅱ）
A=π（R2-R12）=3.14×（242-23.22）=3.14×37.76=118.57（cm2）
N
A
26460
118.57
按强度验算：
=
=223.2kg/cm2＜1000kg/
cm2(安全)
26460
118.57×0.837
N
θA
按稳定性验算：
=
=266.6＜2150
kg/
cm2(安全)
四、结论
通过以上对钢板桩几种不同受力情况的计算和稳定性验算。
1）
悬臂板桩
2）
单锚式浅埋板桩
3）
单锚式深埋板桩
4）
板桩稳定性验算
结合本工程所具备的条件，和施工现场实际情况进行综合分析比较，结论如下：
1、
用钢板桩的型号，采用拉森Ⅲ型，各种受力情况均合符要求但要考虑今后的复用机会，建议采用拉森Ⅴ型，强度大。
2、
悬臂板采用的板桩18m较长，耗用量较大，但桩顶不需设置支撑稳定性最佳，条件许可应尽量采用，其入土深度12m。
3、
单锚式浅埋板桩，采用的板桩长度10m比较短，其入土深度3.8m，耗用量相对来说较小，但板桩的稳定性较差，容易引起管涌，不宜采用，板桩顶的支撑用量最大。
4、
单锚式深埋板桩，采用的板桩计算长度16m，计算入土深度9.6m，稳定性验算满足要求，板桩顶的支撑相对于单锚浅埋板用量较少，可以采用，但板桩的长度最少也不能少于12m。
最终意见：尽量采用悬式和单锚深埋式的两种板桩。
附钢板桩规格性能表
钢板桩规格性能
规格
截面尺寸
每延米面积
（mm2）
每延米重量
（kg）
每延米截面积
（mm3）
b
h
t1
t2
拉森Ⅲ
400
290
13.0
8.5
19800
60
1600000
拉森Ⅳ
400
310
15.5
11.0
23600
74
2037000
拉森Ⅴ
420
350
20.5
12.0
30300
100
3000000
拉森Ⅵ
420
440
22.0
14.0
37000
121.8
42000000
鞍
Ⅳ
420
310
15.5
10
24700
77
2042000