钢板桩围堰的设计与施工

　　目前，对于钢板桩围堰的设计主要是沿用《公路桥涵施工手册》和教科书中的经验算法。由于经验算法带有很大的近似性，并不一定能够真实反映钢板桩围堰的实际受力状况，有时会出现较大的偏差，给围堰的使用带来很多不安全因素。笔者在洪泽苏北灌溉总渠大桥施工中，为避免出现较大的变形，在对钢板桩围堰设计时采用了理论算法。经实践检验，理论算法能够较为精确的反映围堰的实际受力状况，对于合理设置内支撑和减小封底厚度起到了重要的保证作用。
　　下面就钢板桩围堰的设计与施工做详细论述：
　 　1、已知条件
　　1.1承台尺寸：10.3m（横桥向）×6.4m（纵桥向）×2.5m（高度），底部设计有10.7×6.8m×1.0m的封底砼。
　　1.2承台及河床高程承台顶面设计高程为h=5.0m，河床底高程为5.5m，河床淤集深度约为30cm。
　　1.3水位情况正常水位：h常=10.8m（此时水深5.3m），最高水位hmax=11.5m（水深6.0m），围堰设计时按最高水位考虑。
　　1.4水流速度因该桥位于水电站下游，水流较为湍急。设计时速V=1.0m/s，不考虑流速沿水深方向的变化，则动水压力为：P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN式中：P-每延米板桩壁上的动水压力的总值（KN）；H-水深（米）；V-水流速度（1.0m/s）；g-重力加速度（9.8m/s2）；B-钢板桩围堰的计算宽度，B=10m；D-水的密度（10KN/m3）；K-系数，（槽形钢板桩围堰K=1.8～2.0，此处取1.8）。
　　1.5河床水文地质条件河床土质良好，多为粘土、亚粘土，局部有亚砂土，承载力较强。围堰基底至河床部分土质为粘土（层厚约2m）、亚砂土（硬塑状态，很湿，层间无承压水，层厚约为1m）。
　　 2、拟定方案
　　结合河床地质情况及施工要求，拟采用日本产钢板桩进行围堰施工，长度为15m，宽度为40cm，厚度为18cm。围堰顶面标高拟定为12.5m，高出最高水位1.0m。围堰设计图中，所有内围囹均采用56b工字钢制作，节点采用焊接（施工中严格执行钢结构施工规范）。为确保整个围囹的刚度和稳定性，对每层中间一道工字钢上面加焊型钢并将上下四道工字刚用25#槽钢焊接连接。在施工期间安排专人值班以防吊物碰撞。
　　 3、围堰（支撑）内力计算
　　3.1确定受力图式
　　3.1.1钢板桩嵌制形式河床底部土质较为密实，假定钢板桩底部嵌固于（钢板桩入土深度）t/3=1.5m处，即承台底2.0m处。（封底砼厚度采用50cm）
　　3.1.2动水压力P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN
　　3.1.3河床土质为亚粘土，为不透水层，但考虑到钢板桩施工中会引起板侧土体的扰动，缝隙里充满水，所以考虑水压力的影响。土压力计算取用浮容重，Υ‘=19.4-9.8=9.6KN/m3，ιj=30～50Kpa，σ=100KPa。
　　3.1.4经分析可知迎水面为最不利受力面，以此为计算面。所承受荷载假定由两根工字钢平均承担，计算两根工字钢的共同受力。由受力图式可知，此结构为四次超静定结构，因计算较为繁琐，计算过程不在此详细叙述，得出最大支撑力为2734.95KN，最大弯矩为1117.59KN。
　　 4、验算钢板桩的入土深度是否满足要求
　　钢板桩入土深度达4.5m，从桥位处地质勘探资料分析，持力层中无承压水，如经计算各道支撑的受力均能满足要求，可不验算钢板桩的入土深度。
　 　5、根据求得的内力验算钢板桩的受力状态及变形情况
　　5.1应力由内力计算结果可知，Mmax=1117.59KN·M.钢板桩外缘拉应力σ=Mmax/W=123MPa＜340MPa（容许应力），满足要求。
　　5.2变形经计算，各单元跨中变形值如表1所示。表1各单元跨中变形值单元号横向位移υ（mm）
　　1 7 2 1 0 3 2 4 5 5 3 6 3