楊莊閘加固工程中鋼板樁圍堰的應(yīng)用研究

戴金龍，潘凱

（江蘇省淮沭新河管理處，江蘇淮安223005）

1 引言

鋼板樁圍堰是當(dāng)前應(yīng)用最為普遍的一種板樁圍堰模式。目前在我國圍堰工程中應(yīng)用十分廣泛。本文以楊莊閘加固工程為例，從滑移驗(yàn)算、防滲驗(yàn)算、鋼板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算等方面，經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算，設(shè)計(jì)了適用于該工程的鋼板樁圍堰，并對(duì)其施工工藝展開了介紹，旨在提供一些鋼板樁圍堰應(yīng)用方面的參考。

2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

2.1 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊莊閘于1936年建設(shè)，屬于淮安市的重點(diǎn)文物保護(hù)單位。基于楊莊閘加固工程的施工條件，圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙排鋼板樁加拉錨結(jié)構(gòu)，防洪預(yù)案設(shè)計(jì)為，頂部寬80cm、高70cm袋裝土圍堰，頂部總體設(shè)定高程為13.7m。鄰水側(cè)鋼板樁和鄰基坑側(cè)鋼板樁二者間設(shè)定距離為6m。鋼板樁間填筑土方，鋼板間使用拉錨進(jìn)行焊接，并在其12.5m高程處設(shè)定1根φ44mm拉錨，拉錨間距200cm，并使用錨栓在其兩側(cè)進(jìn)行固定[1]。

2.2 圍堰計(jì)算

在楊莊閘加固工程的施工期間，經(jīng)測(cè)量后確認(rèn)上游最高水位接近13m，河底高程9m，但考慮厚度約2m的淤土，計(jì)算時(shí)，基準(zhǔn)面高程設(shè)定為7m，并使用施工期間的最高水位作為圍巖滑移和穩(wěn)定的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)水位。

2.2.1 滑移驗(yàn)算

2.2.2 基礎(chǔ)地基承載力驗(yàn)算

2.2.3 防滲驗(yàn)算

2.2.4 鋼板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算

圍堰前面荷載（主動(dòng)土壓力、水壓力）產(chǎn)生的彎矩與后面被動(dòng)土壓力（考慮靜止土壓力）產(chǎn)生的彎矩關(guān)于拉錨安裝點(diǎn)保持極限平衡，鋼板樁按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算。取單位長(zhǎng)度鋼板樁計(jì)算嵌固深度設(shè)計(jì)值hd。經(jīng)計(jì)算，嵌固深度設(shè)計(jì)值hd=6.2m，計(jì)算基準(zhǔn)面為7.0m，鋼板樁圍堰鋼板樁頂高程為13.0m，頂部采用袋裝土考慮到施工期截滲，臨水側(cè)板樁底高程為-2.00m，鋼板樁長(zhǎng)取15.0m，基坑側(cè)樁長(zhǎng)為12m，樁底高程為1.0m。

臨基坑側(cè)鋼板樁支點(diǎn)反力和最大彎矩按懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，彎矩設(shè)計(jì)值MC和剪力設(shè)計(jì)值VC計(jì)算公式為：MC=hmz，∑Emz-haz∑Eaz，VC=∑Emz-∑Eaz。式中，∑Emz為計(jì)算截面以上基坑內(nèi)側(cè)各土層彈性抗力值的合力之和；hmz為合力∑Emz作用點(diǎn)至計(jì)算截面的距離；∑Eaz為計(jì)算截面以上基坑外側(cè)各土層水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和；haz為合力∑Eaz作用點(diǎn)至計(jì)算截面的距離。經(jīng)計(jì)算，彎矩設(shè)計(jì)值MC=375kN·m，剪力設(shè)計(jì)值VC=264.1kN。

1）鋼板樁選擇

鋼板樁采用3號(hào)鋼，鋼材允許抗彎應(yīng)力取[σ]=180MPa，鋼板樁允許抗剪應(yīng)力取[τ]=95MPa，鋼板樁設(shè)一道拉錨，高程12.5m。

斷面模量：W1=MC[σ]=771.6cm3＜2270 cm3

剪應(yīng)力：τ=1.5VC/A=8.17MPa＜[τ]=95MPa

圍堰鋼板樁選用SKSP-Ⅳ型鋼板樁滿足要求。

2）拉錨計(jì)算

計(jì)算拉錨的拉力T=Apl，式中，Ap為拉錨的支點(diǎn)反力，Ap=112.42kN；l為拉錨的安裝間隔，取l=2.0m。

3）圍檁計(jì)算

3 楊莊閘加固工程施工工藝

3.1 施工方法

首先，需要在施工前進(jìn)行地下管線的勘探工作，并做好標(biāo)記；然后做好定位樁，并安裝導(dǎo)向靠控制架，準(zhǔn)備打樁；采用排列方式進(jìn)行打樁施工；維護(hù)拉森鋼板施工需要設(shè)定為岸邊施工；最后，要注意在對(duì)鋼板樁進(jìn)行施工前，需要保障鋼板樁的位置和垂直度精準(zhǔn)，并前輕敲鋼板樁將其插入土體1m以上之后，再采用重打的方式，并注意在錘擊過程中控制鋼板樁的垂直度。

3.2 施工流程

清掃障礙物→地面放坡至與河岸高度一致→將施工設(shè)備搬運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行安裝→在河中進(jìn)行定位樁打樁→導(dǎo)向控制架安裝，并打設(shè)鋼板樁→安裝拉錨和鋼圍檁→施工平臺(tái)再造→對(duì)鋼板樁進(jìn)行封口作業(yè)→拉錨及支撐設(shè)備拆除→鋼板樁拔出，施工平臺(tái)拆除。

3.3 圍堰維護(hù)

為確保楊莊閘加固工程的施工建設(shè)質(zhì)量，在圍堰土方填筑、基坑抽水作業(yè)完成后，要立刻展開圍堰維護(hù)工作。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)楊莊閘加固工程的鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)中的整體穩(wěn)定性、滑移驗(yàn)算、承載力、防滲以及鋼板樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，并經(jīng)過計(jì)算得出工程鋼板樁選擇SKSP-IV型鋼板樁、1根φ44mm直徑拉錨、H400mm×400mm×13mm×21mm型鋼圍檁作為工程鋼板樁機(jī)構(gòu)，并闡述了工程的施工流程工藝，希望可為鋼板樁圍堰在其他水利加固工程中的應(yīng)用提供參考。