雙排鋼板樁圍堰在中山地區(qū)軟土地基中的應用

劉新勝

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東中山528403）

雙排鋼板樁圍堰在中山地區(qū)軟土地基中的應用

劉新勝

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，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行結構計算及整體穩(wěn)定計算，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。

雙排鋼板樁圍堰；結構；整體穩(wěn)定

雙排鋼板樁圍堰是軟土地基上進行市政和水利工程施工時廣泛應用的支護形式之一，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。該結構至今仍采用以經(jīng)驗為主的半理論、半經(jīng)驗設計方法，較難準確預測施工過程中可能出現(xiàn)的不利情況，在結構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)同作用機理有待進一步的完善。本文結合中山市某水閘的圍堰工程，對雙排鋼板樁圍堰進行了結構及穩(wěn)定計算，為類似工程提供參考依據(jù)，具有一定的應用價值和現(xiàn)實意義。

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。閘墩為漿砌石結構，閘門為木門。由于原設計標準偏低、水閘規(guī)模偏小、閘前引水渠淤積嚴重、不滿足防洪（潮）要求，木閘門腐爛且開關困難，影響灌溉、排澇。該閘在2004年進行加固，增設鋼筋混凝土啟閉排架，閘門改為升降式平板鋼閘門，并采用卷揚式啟閉機啟閉。

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、粉細砂、含卵礫石中粗砂和白堊紀砂礫巖。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個工程地質(zhì)層，各土層的工程特性指標詳見表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行比選，由于圍堰地基為軟土地基，壓縮性強，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)定計算

4.1計算斷面

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

4.2外力計算

4.2.1 土壓力計算

土壓力用庫倫公式計算，計算公式如下∶

表1 各土層工程特性指標

圖1 計算斷面圖

式中∶g為堰頂活荷載，本工程g＝0；c為土的粘結力，回填土未夯實可不計其作用；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 水壓力計算

堰兩側水頭差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)計算水位取-0.50m。

設拉桿標高為＋1.50m，鋼板樁底標高為-16.00m，計算出靠河一側鋼板樁的土壓力、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鋼板樁入土深度計算

由主動土壓力、被動土壓力、水壓力對拉桿安裝點力矩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堰體寬度計算

4.4.1 抗剪計算

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為樁的極限抗剪強度。

4.4.4 管涌計算

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)定計算

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

表2 雙排鋼板樁圍堰邊坡穩(wěn)定計算成果表

從計算結果可以看出，圍堰滿足穩(wěn)定要求。

5 結語

（1）雙排鋼板樁圍堰的抗剪計算、入土深度計算和整體穩(wěn)定計算是圍堰設計計算的重點和難點，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計時要考慮橫向圍檁的剛度，施工時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，從而導致鋼板樁結構失穩(wěn)。

（4）雙排鋼板樁圍堰設計過程中要重點考慮鋼板樁圍堰與兩側大堤之間的銜接，避免產(chǎn)生側滲，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40m以上，雙排鋼板樁圍堰的成功實施，為中山地區(qū)類似工程的設計和施工積累了寶貴經(jīng)驗，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。