雙排鋼板樁圍堰在中山地區(qū)軟土地基中的應(yīng)用

劉新勝

（中山市水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東中山528403）

雙排鋼板樁圍堰在中山地區(qū)軟土地基中的應(yīng)用

劉新勝

（中山市水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東中山528403）

中山市某水閘受場地限制選用雙排鋼板樁圍堰，本文對鋼板樁圍堰進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算及整體穩(wěn)定計(jì)算，為鋼板樁圍堰在中山地區(qū)軟土地基的推廣提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

雙排鋼板樁圍堰；結(jié)構(gòu)；整體穩(wěn)定

雙排鋼板樁圍堰是軟土地基上進(jìn)行市政和水利工程施工時(shí)廣泛應(yīng)用的支護(hù)形式之一，具有體積小、影響范圍小、止水可靠、能承受較大的變形及施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)至今仍采用以經(jīng)驗(yàn)為主的半理論、半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，較難準(zhǔn)確預(yù)測施工過程中可能出現(xiàn)的不利情況，在結(jié)構(gòu)可靠性分析中有較大的局限性。對雙排鋼板樁圍堰的變形特征和樁、土的協(xié)同作用機(jī)理有待進(jìn)一步的完善。本文結(jié)合中山市某水閘的圍堰工程，對雙排鋼板樁圍堰進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定計(jì)算，為類似工程提供參考依據(jù)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程簡介

中山市民三聯(lián)圍某水閘建于1968年，水閘分兩孔，總凈寬7m，閘室底板高程-2.68m，閘頂高程4.05m。閘墩為漿砌石結(jié)構(gòu)，閘門為木門。由于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、水閘規(guī)模偏小、閘前引水渠淤積嚴(yán)重、不滿足防洪（潮）要求，木閘門腐爛且開關(guān)困難，影響灌溉、排澇。該閘在2004年進(jìn)行加固，增設(shè)鋼筋混凝土啟閉排架，閘門改為升降式平板鋼閘門，并采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。

2 地質(zhì)條件

該區(qū)地處華南沿海珠江三角洲地區(qū)，地貌多為淤積、沖積平原偶見低山、殘丘，河流水道眾多，漫灘、階地發(fā)育。場區(qū)內(nèi)揭露地層主要為填筑土、第四系海陸相交互沉積（Q 4m c）成因的粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉砂、粉細(xì)砂、含卵礫石中粗砂和白堊紀(jì)砂礫巖。依據(jù)鉆孔揭露資料，按巖土層的地質(zhì)年代、成因類型及工程性質(zhì)自上而下分為7個(gè)工程地質(zhì)層，各土層的工程特性指標(biāo)詳見表1。

3 雙排鋼板樁圍堰的選用

本工程選取雙排鋼板樁圍堰和膜袋土圍堰進(jìn)行比選，由于圍堰地基為軟土地基，壓縮性強(qiáng)，含水量高，抗剪能力差，靈敏度高，在保證滲流穩(wěn)定和整體穩(wěn)定的前提下，膜袋土圍堰斷面尺寸較大，根據(jù)地形圖可知圍堰處河床坡度較陡，因此膜袋土圍堰占地面積較大。而雙排鋼板樁圍堰斷面尺寸相比小很多，易于平面布置，且堰體重量比膜袋土圍堰小，有效減少沉降量。綜合分析，選用雙排鋼板樁圍堰。

4 雙排鋼板樁圍堰穩(wěn)定計(jì)算

4.1計(jì)算斷面

本工程特征水位為∶施工期外江設(shè)計(jì)水位為1.88m，圍堰內(nèi)水位為-3.0m。計(jì)算斷面如圖1所示。

4.2外力計(jì)算

4.2.1 土壓力計(jì)算

土壓力用庫倫公式計(jì)算，計(jì)算公式如下∶

表1 各土層工程特性指標(biāo)

圖1 計(jì)算斷面圖

式中∶g為堰頂活荷載，本工程g＝0；c為土的粘結(jié)力，回填土未夯實(shí)可不計(jì)其作用；KA為主動土壓力系數(shù)，為土內(nèi)摩擦角；KP為被動土壓力系數(shù)

4.2.2 水壓力計(jì)算

堰兩側(cè)水頭差Δ h＝5.07m，圍堰內(nèi)回填土考慮剩余水頭差值為約故堰內(nèi)計(jì)算水位取-0.50m。

設(shè)拉桿標(biāo)高為＋1.50m，鋼板樁底標(biāo)高為-16.00m，計(jì)算出靠河一側(cè)鋼板樁的土壓力、水壓力，見圖2。

PA-3.0＝31.66kN/m2（表示-3.0高程主動土壓力，下同）

PP-3.0＝72.07 kN/m2（表示-3.0高程被動土壓力，下同）

4.3鋼板樁入土深度計(jì)算

由主動土壓力、被動土壓力、水壓力對拉桿安裝點(diǎn)力矩MA、MP、MW求得，即需滿足F＝MP/（MA＋MW）≥1.2。由圖2算得∶

圖2 主動土壓力、被動土壓力、水壓力分布圖

4.4堰體寬度計(jì)算

4.4.1 抗剪計(jì)算

選用美國K A R I太沙基方法。公式如下∶

式中∶M為外力對開挖面A B的力矩，M＝194.08kN·m；PA為堰中心面上的壓力，可取用鋼板樁開挖面以上土壓力，PA＝63.31kN；φ為填土內(nèi)摩擦角。

4.4.2 抗傾穩(wěn)定

式中∶M＝194.08kN·m；G為堰體每延米重，G＝78kN；T為每延米鋼板樁與基土的摩阻力，T＝L ×τ＝13×30＝390kN；L為樁入基土深度；τ為樁與土的極限摩阻力。

算得K傾＝（0.5×7×78＋7×390）/194.08＝15.47＞1.4。

4.4.3 抗滑穩(wěn)定

式中∶P土為對堰體的土壓力，P土＝0；P水為對堰體的水壓力，P水＝119.07kN；G＝78kN；f＝t g5.5°；S為每排鋼板樁的抗剪力，S＝F樁×τ＝236×20＝4720kN，F(xiàn)樁為每延米鋼板樁的斷面積，τ為樁的極限抗剪強(qiáng)度。

4.4.4 管涌計(jì)算

式中∶Δ h為堰前后水頭差，Δ h＝5.07m；l1、l2為板樁入土深度，取為12m。

4.5雙排鋼板樁圍堰整體穩(wěn)定計(jì)算

雙排鋼板樁圍堰整體穩(wěn)定計(jì)算采用里正巖土軟件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果詳見表2。

表2 雙排鋼板樁圍堰邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

從計(jì)算結(jié)果可以看出，圍堰滿足穩(wěn)定要求。

5 結(jié)語

（1）雙排鋼板樁圍堰的抗剪計(jì)算、入土深度計(jì)算和整體穩(wěn)定計(jì)算是圍堰設(shè)計(jì)計(jì)算的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是確定雙排鋼板樁圍堰特征參數(shù)的重要環(huán)節(jié)。

（2）雙排鋼板樁圍堰在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮橫向圍檁的剛度，施工時(shí)要注意橫向圍檁的連續(xù)性，確保雙排鋼板樁圍堰的整體性，從而充分發(fā)揮樁土的相互作用。

（3）雙排鋼板樁圍堰施工過程中要注意堵漏止水。止水措施可采用棉絮、黃油等充填物填塞接縫，也可采用彩條布圍鋼板樁，底部采用沙包壓腳。在基坑內(nèi)抽水過程中，要隨時(shí)注意鋼板樁圍堰的止水效果，防止形成滲透破壞，將雙排鋼板樁內(nèi)土體帶出，從而導(dǎo)致鋼板樁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

（4）雙排鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)考慮鋼板樁圍堰與兩側(cè)大堤之間的銜接，避免產(chǎn)生側(cè)滲，從而帶走土體影響鋼板樁圍堰的穩(wěn)定。

本工程雙排鋼板樁圍堰地基為淤泥質(zhì)粉砂和淤泥質(zhì)土，軟弱土層的厚度達(dá)40m以上，雙排鋼板樁圍堰的成功實(shí)施，為中山地區(qū)類似工程的設(shè)計(jì)和施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，提供了有益的參考和借鑒。

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T V 551.3＋5

：B

：1672-2469（2016）05-0113-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.040

2015-03-24

劉新勝（1984年—），男，工程師。