钢围堰论文笔记.docx

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钢围堰论文笔记

一、《MIDAS-CIVIL软件在深水基础钢板桩围堰分析中的应用》[1]

0、该论文的亮点

（1）钢板桩等效为平面板单元；

（2）围堰内河床底的土层、封底混凝土采用实体单元模拟，给出了这些土层的弹性模量；

（3）表1的形式比较好，能清楚的反映设计条件；

（4）该围堰为长条形围堰，其内撑的设计形式可以参考；

（5）施工工况、工序说的比较清楚，可以参考。

1、概论

密扣式拉森钢板桩FSPⅣ型围堰对钢板桩进行强度和刚度计算，应用MIDAS-CIVIL验算钢板桩的实际受力及支护结构的稳定性。

承台基坑支护结构的设计，与地质情况、地下水位、土质参数及周围环境等都有密切的关系，涉及的内容包括：

围护结构、支撑体系、挖土方案、换撑措施、降水方案和地基加固等。

钢板桩围堰具有强度高、接合紧密不易漏水、施工简便、速度快、可减少基坑土方开挖量、可多次重复使用等特点，广泛应用于水中承台的施工中。

2、基础资料

土压力系数，根据库伦理论计算。

水流压力，考虑河流水流压力，经计算，取FW=1.5KN/m2。

流水压力数值相对于静水压力而言比较小，本工程中不予考虑；波浪力按P=15KPa，浪高3m计算。

采用16m长密扣式拉森钢板桩FSPⅣ型，拉森钢板桩FSPⅣ型的技术参数如下：

①一根桩钢板桩：

宽度B=400mm、高度h=170mm、厚度t=15.5mm、截面积A=96.99cm2、重量W=76.1Kg/m、惯性矩Ix=4670cm4、截面模量Wx=362cm3。

②一延米钢板桩技术参数：

重量W=190Kg/m、惯性矩Ix=38600cm4、截面模量Wx=2270cm3、半截面面积矩Sx=96.99×（4670÷362）×（50÷40）=1564cm3。

3、钢围堰设计

围堰尺寸1455×1198cm，围堰的支护方案为钢板桩+2道内支撑，钢板桩长16m的密扣式拉森FSPⅣ型钢板，钢围檩、角斜撑均采用2I36a的工字钢组合梁，横撑采用Φ529mm钢筒支撑梁，采用角撑和横撑可以加强围堰的整体稳定性和刚度，钢板桩支护基本结构见图1。

计算模型中，钢板桩按照每延米的惯性矩等效为矩形截面的钢板，用4节点板单元模拟，钢围檩、水平斜杆和横撑梁按杆单元模拟，而围堰内河床底的土层、封底混凝土采用实体单元进行模拟。

细圆砺土（标高2.4m~7.0m），中密，III级：

γ1=20.5KN/m3，ψ1=30°，c1=2KN/m2，h1=4.6m，弹性模量E1=100Mpa，泊松比为0.3；风化岩层（岩层顶面标高2.4m）：

γ2=23KN/m3，ψ2=35°，c2=100KN/m2，弹性模量E2=300Mpa，泊松比为0.25。

3.3.2计算荷载采用MIDAS-CIVIL中的自重自动加载。

重力加速度值为9.806m/s2。

4、计算工况

计算工况的确定为了详细考虑围堰各施工阶段不同受力状态下，结构的刚度、强度以及稳定性是否满足施工要求，对围堰进行以下工况的分析：

工况1：

用抽水泵将围堰内积水抽到标高+10.5m处，安装第二道内支撑（标高+11.0m）。

工况2：

当第一道内支撑安装调试完毕后，用抽水泵将围堰内积水抽到标高+7.0m处，安装第二道内支撑（标高+7.5m）。

工况3：

当第二道内支撑安装调试完毕后，让河水回流到围堰内，当围堰内外水位持平后，开始带水开挖围堰内土方至+0.692m，并用C35混凝土封底。

工况4：

当封底混凝土强度达到设计要求后，用抽水泵将围堰内积水抽到封底混凝土顶面+2.692m处。

工况5：

当主墩分次浇筑至标高为+7.0m处并拆模后，往围堰内回填砂至标高+7.0m，同时拆掉第二道内支撑（标高+7.5m）。

工况6：

当主墩分次浇筑至标高为+10.5m处并拆模后，往围堰内回填砂至标高+10m，同时拆掉第一道内支撑（标高+11.0m）。

5、疑问

设计方案与实测结果的对比表明，钢板桩墙的刚度随钢板桩变形而变化，当刚板桩的变形较小时，其刚度也较小，抗弯能力较差，当变形增加时，刚度和抗弯能力随之增加。

二、阿蓬江大桥深水基础双壁钢围堰施工技术研究[2]

0、本文亮点

（1）了解了深水围堰的类型，水深在20m左右的情况下该用哪种围堰施工。

1、概论

大桥位于重庆市黔江区冯家坝镇渔滩电站水库内，全桥设8墩2台。

主墩4#、5#为水中墩，墩身高67.5m。

桥址处水面宽120m，河中心最大水深24m，4#墩中心处最大水深19.1m，5#墩中心处最大水深20.75m。

全桥设计基础形式：

0#台为挖方内桥台,1、2、7、8、9墩台为明挖扩大基础,3、4、5墩为钻孔桩基础；6墩为挖孔桩基础。

主墩4、5水中墩,分别为16根1.5m钻孔灌注桩,4墩单根桩长18m,5墩单根桩长20m。

在桥梁基础工程中,所谓“浅水”或“深水”,虽没有明确及严格的定量界限,但根据一般传统的土力学地基及基础所介绍的水中围堰概念当水深在5一6m以上时,可采用钢板桩围堰由于它的强度高,能抵抗较大的弯矩,防水性能也很好,故特别适应于修筑深水基础。

由此,可暂将桥梁深水基础定义为水深在5一6m以上,不能采用一般的土围堰、木板桩围堰等防水技术施工的桥梁基础,称之为桥梁深水基础。

桥梁深水基础的修建,主要困难在于防水、防流砂,同时还要考虑防止冲刷、滑坡等因素。

除沉井、沉箱基础本身具有防水功能外,管柱、桩基础施工,常需配以防水围堰。

防水围堰虽是临时结构,但在桥梁深水基础施工中所占的地位是很重要的。

用围堰配合施工的目的,就是在堰内施工和修筑基础时,使堰外的水和沙土不至于大量涌进堰内,而待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除,以免堵塞水流或航道,所以它是施工用临时性结构。

显然,在水深流急的大江大河或潮涌浪高的近、浅海中采用围堰法修建大型桥梁深水基础时,由于桥渡处的水文、地质、气象、航道等条件的不同,不可能有一种适合于所有桥梁基础修建的围堰结构形式和施工方法。

目前,桥梁深水基础修建中采用的防水围堰大致有以下几种钢板桩围堰、混凝土围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰、锁口钢管桩围堰。

其中,钢板桩围堰主要为单壁结构混凝土围堰又分为重力式钢筋混凝土围堰和双层薄壁钢筋混凝土围堰钢套箱围堰又分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰钢一混凝土组合结构围堰也可分为上钢下混凝土、下钢上混凝土形式。

三、超长钢板桩围堰施工承台基础计算与应用[3]

0、本文亮点

（1）长条形钢围堰内撑形式的布置；

（2）30msx27型钢板桩的应用；

（3）在承台与钢板桩之间设置一道混凝土圈梁，再拆除第三道内撑；

（4）用等值梁法进行平面计算；

（5）钢板桩用平面板单元模拟，厚度按刚度换算，封底混凝土用实体单元模拟，用m法计算土弹簧刚度；

（6）测量监控；

（7）钢板桩考虑锁扣折减的容许应力计算方法；

（8）压弯构件的纵向弯曲系数。

1、概论

承台基础施工采用钢板桩围堰方案，平面尺寸36．5×19．7m，采用188根长度达30m的SX27型钢板桩，施工中设置三道圈梁及内支撑进行支护，封底混凝土强度等级为C25，有效高度4．0m。

第一次承台浇筑后，拆除第三道圈梁及内支撑，在承台与钢板桩之间设置一道混凝土圈梁。

围堰施工时水位为+11．5m，承台顶标高为+2．72m，承台底标高为－2．78m，河床标高为+0．00m，钢板桩围堰布置如图1所示。

2、计算工况

工况1:

三道圈梁及内支撑安装完毕，围堰内吸泥至封底混凝土底标高－7．280m。

工况2:

浇筑封底混凝土后，抽水至封底混凝土顶标高－2．780m。

工况3:

第一次承台（3．0m高）浇筑完毕，拆除第三道支撑，浇筑0．5m高混凝土圈梁，标高+0．720m。

3、平面简化模型

在工况1时，为简化计算，常采用等值梁法［2］计算钢板桩，用土压力等于零的位置来代替正负弯矩转折点的位置，计算出钢板桩上土压力强度等于零的点离挖土面的距离y［3］，即在y处板桩前的被动土压力等于板桩后的主动土压力，计算理论及过程在此不做详述，计算得y=1．73m。

4、空间整体模型

钢板桩围堰空间整体模型采用MIDAS/Civil［5］建立，钢板桩采用板单元模拟，钢板桩厚度按刚度换算，圈梁、内支撑采用梁单元模拟，围堰内封底混凝土采用实体单元模拟。

应用m值抗力系数法［6］建立弹性支承模拟钢板桩下部与地基的连结，圈梁与钢板桩间弹性连接，封底混凝土与钢板桩间铰结，

5、监控量测

（1）钢板桩顶水平位移监测。

（2）钢板桩桩身变形监测。

（3）内支撑轴力监测。

（4）水位监测。

6、疑问

钢板桩与第二、三道圈梁间先水下抄垫钢契块，后焊接圈梁牛腿支撑，施工中应根据水下探摸情况加工抄垫钢契块，保证抄垫质量。

第一节承台混凝土达到设计强度后，抄垫承台顶与围堰间空隙，浇筑0．5m高混凝土圈梁，圈梁应于围堰壁板密贴，然后拆除第三道圈梁内支撑。

SX27型Q295bz钢板桩，截面抗弯模量W=2700cm3，钢板桩［σ］=295/1．2×0．75=184MPa。

圈梁第一道采用2I45a，材质Q235B，第二道采用2HN700×300，材质Q235B，第三道采用2HN900×300，材质Q345B。

Q235B钢材［σ］=170MPa，［τ］=100MPa。

Q345B钢材［σ］=200MPa，［τ］=120MPa。

内支撑采用材质Q235B钢管，横撑杆长19500mm。

第一道内支撑φ426×6，横撑杆长细比λ=19500/148．5=131．3，查得纵向弯曲系数φ=0．38，容许组合应力=0．38×170=64．6MPa;第二道内支撑φ820×10，横撑杆λ=19500/286=68．18，查得φ=0．76，容许组合应力φ=0．76×170=129．2MPa;第三道内支撑φ820×16，横撑杆λ=19500/284=68．66，查得φ=0．76，容许组合应力φ=0．76×170=129．2MPa。

四、桥梁承台钢板桩围堰设计验算[4]

0、亮点

（1）拉森Ⅵ型钢板桩材料为Q345；

（2）钢板桩截面变厚度；

（3）基坑底部抗隆起稳定性验算。

1、概论

主要材料钢板桩为拉森Ⅵ型，Ｑ３４５；容重为７８．５ｋＮ／ｍ３．钢材设计强度见表２．

（１）钢板桩计算参数．钢板桩（拉森Ⅵ型）截面如图１所示钢板桩质量为１０６ｋｇ／ｍ，其截面模量为２７００ｃｍ３／ｍ；尺寸为：

ｂ＝６００ｍｍ；ｈ＝２１０ｍｍ；ｔ１＝２７ｍｍ；ｔ２＝１８ｍｍ

基坑底部的抗隆起稳定性验算　采用普朗德尔公式计算：

五、某桥梁钢板桩围堰计算[5]

0、亮点

（1）桩长为21m；

（2）内撑形式比较独特；

（3）给出了钢板桩等效厚度的计算过程；

（4）进行了封底混凝土抗浮验算；

（5）进行了坑底抗流砂（管涌）验算；

（6）进行了坑底抗隆起验算；

（7）按照摩擦桩的设计，进行了支护结构竖向承载力验算。

1、概论

为单个承台的钢板桩围护范围为24mx25．9m，确定桩长为21m

2、钢围堰设计

动水压力的计算按GD60—2004《公路桥涵设计通用规范》考虑。

在建立计算模型的时候，采用板单元，根据等刚度的原则将以上的钢板桩截面换算为等效的矩形板截面。

查得1片04m宽的钢板桩截面对重心轴x一x的惯性矩为：

I=126294cm4，则等效的0．4m宽矩形钢板截面的厚度为：

则在计算模型中的板厚采用1554cm。

3、封底混凝土计算

作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰的自重以及围堰在土中的摩擦阻力平衡的，当板桩打入基坑底以下的深度不大时，从安全角度考虑，平衡浮力主要靠封底混凝土的自重，由：

其中，μ为考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数，凭经验取为0．3。

封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0．25—0．5m，以便在抽水后将顶层浮浆和软弱层凿除，以保证质量。

所以封底厚度茗取为2．5+0．3=2．8m。

4、坑底流砂验算

在坑底内抽水可能引起流砂的危险，采用简化计算方法进行验算。

其原则是板桩有足够的入土深度以增大渗流长度，减小向上动水力。

由于基坑内抽水后引起的水头差h造成的渗流，其最短渗流途径为h+t，在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的，故可要求此动水力不超过土的浮重γb，则不产生流砂的安全条件为：

K·i·γw≤γb（K为安全系数，一般要求k不小于2，i为水力梯度）。

计算工况：

5、坑底抗隆起验算

较深软土基坑在水压力作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象，用滑动面简单方法进行验算。

6、支护的竖向承载力验算

支护的总重量为2380．2kN。

计算支护在自重作用下其竖向的承载力时，采用桩基础中摩擦桩的计算公式来进行计算

钢围堰与土接触的周长为：

U=99．8×2=199．6m，开挖后桩尖至开挖底面的深度为：

L=4．995m，钢板桩壁与土的摩阻力偏于安全取为：

=30kPa，则钢板桩的竖向承载力为：

[p]=0．5x199．6x4．995x30=14955.0kN，大于支护的自重，支护的竖向承载力能够满足要求。

参考文献

[1]佚名.MIDAS_CIVIL软件在深水基础钢板桩围堰分析中的应用_罗建华[J].刊名缺失,出版年缺失,卷缺失（期缺失）:

页码范围缺失.

[2]佚名.阿蓬江大桥深水基础双壁钢围堰施工技术研究_李云飞[J].刊名缺失,出版年缺失,卷缺失（期缺失）:

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[3]王中南.超长钢板桩围堰施工承台基础计算与应用_王中南[J].铁道建筑技术,2013,卷缺失（6）:

1-4.

[4]佚名.桥梁承台钢板桩围堰设计验算_苗兰弟[J].刊名缺失,出版年缺失,卷缺失（期缺失）:

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[5]佚名.某桥梁钢板桩围堰计算[J].刊名缺失,出版年缺失,卷缺失（期缺失）:

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