钢板桩围堰力学性能验算

杨仕彬

【摘 要】以某铁路特大桥梁施工过程中采用的钢板桩围堰为例,对钢板桩围堰的力学性能进行了验算.验算的内容包括:钢板桩的验算、围囹的验算、支撑的验算、支撑稳定性的验算等,验算的结果表明,钢板桩围堰的力学性能满足要求,研究成果对相同类型钢板桩围堰的设计及验算具有一定的参考作用. 【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2018(044)008 【总页数】2页(P158-159)

【关键词】桥梁工程;钢板桩围堰;力学性能验算 【作 者】杨仕彬

【作者单位】中铁十四局集团公司四公司,山东济南 250000 【正文语种】中 文 【中图分类】TU328 1 概述

所谓的围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修筑临时性围护结构。为了保证承台开挖施工和浇筑混凝土，必须修筑钢板桩围堰。钢板桩围堰的作用就是利用钢板桩形成一个封闭空间，防止水土进入，为桥墩承台创造一个干燥的水下承台施工条件，以便于在围堰内排水、开挖基坑、修筑建筑物。钢板桩围堰的设计

和安全性关系到桥墩承台的顺利施工，因此，钢板桩围堰的设计和验算必须通过严密的计算和严格的检测，来确保桥梁施工的安全[1-8]。 2 钢板桩围堰的结构形式

某特大跨河桥梁为16 m+24 m+16 m的连续刚构桥，中桥0号桥墩承台尺寸为10.3 m×8.9 m×2.5 m，平面形状为矩形。钢板桩围堰内轮廓尺寸距离承台外轮廓尺寸的基础上向外延伸1.5 m，为13.3 m×11.9 m，钢板桩采用SP-Ⅳ型号板桩，板桩长12 m。采用两层围囹，围囹高程分别为+40.37 m，+37.62 m，两层斜撑、对撑采用φ609×14 mm钢管；围囹采用3Ⅰ45a。板桩围堰平面布置图见图1。

3 钢板桩围堰的验算 3.1 基本参数

根据JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程规定，依据提供的地勘资料，板桩围堰涉及土层的水平反力系数的比例系数m取值5 000 kN/m4。钢板桩为SP-Ⅳ型，采用16Mn钢材。 3.2 计算模型

板桩、围囹、支撑采用梁单元通过结构空间有限元软件建模分析，钢板桩底部铰接，围囹与板桩之间采用只受压弹簧模拟，支撑与围囹间共节点处理，结构计算几何模型如图2所示。

3.3 荷载及工况 1)结构自重。

结构自重由有限元软件自行计入。 2)土压力。

a.土体自重。

按《建筑基坑支护技术规程》，土压力按水土合算考虑，因为土质差别很小，按照同一土层计入，主动土压力系数Ka=0.361，被动土压力系数Kp=2.76，粉土的重度取值20 kN/m3。被动土压力按施加受压土弹簧模拟。土弹簧的支撑刚度K根据计算求得。

b.挖机荷载的附加土压力。

挖机工作状态时总重25 t，偏载系数为0.7，所以要求挖机作业时履带边缘距离板桩不小于1 m。考虑25 t挖机开挖基坑时产生的附加土压力作用。 3)工况。

工况一：基坑挖到底部标高且未浇筑混凝土前。 工况二：承台浇筑完成四周填土后，围堰横撑拆除后。 组合原则:

每种工况有两种荷载的组合形式，即标准组合和基本组合。荷载组合形式如下： 标准组合=∑恒载+∑活载； 标准组合=1.2∑恒载+1.4∑活载。

标准组合计算结果用来评价刚度指标，基本组合计算结果用来评价结构强度指标。 3.4 钢板桩围堰的验算

钢板桩围堰的受力分析是保证承台开挖施工和浇筑混凝土顺利进行的前提条件，则钢板桩围堰体系的安全直接影响着桥梁的正常施工，因此，对钢板桩围堰进行受力分析是十分必要的。钢板桩围堰的受力分析包括：钢板桩的应力计算、围囹的应力计算、支撑的应力计算、支撑稳定性的计算、基坑抗隆起稳定性的验算。 3.4.1 工况一主要计算结果

开挖至垫层混凝土底部处，未浇筑混凝土前，钢板桩的应力、围囹的应力、支撑的应力如图3所示。

板桩的强度：σmax=189 MPa承台浇筑完成后拆除横撑，工况二同工况一的计算一样。 板桩的强度：σmax=188 MPa支撑钢管在基本组合作用下，最不利状态内力的计算结果如表1所示。 表1 支撑钢管最不利内力的计算结果支撑类型轴力/kN弯矩/kN·mϕ609×1476248 φ609×14稳定性验算：

《钢结构设计规范》规定，对支撑钢管弯矩作用的稳定性进行验算：

角支撑钢管稳定性验算：

计算长度l0=μl=11 000 mm，γx=1.15，βmx=1.0。 长细比：查表得，φx=0.845 7。

代入数据可得：σ=53 MPa<215 MPa，则φ609×14支撑稳定性满足要求。 3.4.4 基坑抗隆起稳定性验算

基坑抗隆起稳定性验算受力图如图4所示。

按开挖至基坑底工况：基坑外立面按+43.92 m考虑，基坑内立面按+34.42 m考

虑。板桩底标高为+28.87 m。 基坑抗隆起稳定性评价系数：

Nc,Nq按下式计算：

基坑抗隆起稳定性系数：Fs=4.75>Khe=1.4。 基坑不会发生隆起现象。 4 结语

通过对钢板桩围堰的检算可知，钢板桩围堰的力学性能满足相关规范的要求，体系是安全的。由于水中环境复杂，在水下施工具有危险性。而钢板桩围堰的采用，为水下桥墩承台施工提供了一个干燥、安全的封闭环境，既保证了围堰内部基坑开挖和浇筑混凝土，又减小了水下施工的危险性，最大限度的提高了施工的安全性。钢板桩围堰广泛运用于桥梁深水基础低桩承台施工的防水围堰，具有施工速度快、效率高、力学性能好、防水性能优异、施工质量高、成本低、能重复使用、经济环保的优点。 参考文献:

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