水中钢板桩围堰施工方案

1、钢板桩施工方案一、计算依据由于钢板柱围堰的入土深度较大，土体对入土部分的围堰起到了嵌固作用，此时围堰上端收到内撑的支撑作用，下端受到土体的嵌固支承作用。但是，由于内撑对钢板桩围堰是弹性支撑，并不是完全刚性，因此，在计算中，先假设内撑对钢板桩为刚性支撑，计算出钢板桩作用于圈梁的反力，将该反力作用在内撑上计算出钢板桩与内撑连接处的最大位移，最后对钢板桩施加强制支座位移，得出钢板桩的内力和应力。等值梁法计算钢板桩围堰，为简化计算，常用土压力等于零点的位置来代替正负弯矩转折点的位置。计算土压力强度时，应考虑板桩墙与土的摩擦作用，将板桩墙前和墙后的被动土压力分别乘以修正系数（为安全起见，对主动土压力则不

2、予折减），钢板桩被动土压力修正系数如表2.1本文计算作出如下假设：1.假设计算时取1m宽单位宽度钢板桩。2.因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）。3.弯矩为零的位置约束设置为铰接，故等值梁相当于一个简支梁，方便计算。4.假设钢板桩在封底砼面以下0.5m处固结，在midas中限制全部约束。5.本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力及有效被动土压力。二、参数设定：围堰参数：第一道支撑9.9m设计施工水位标高9.1m河床顶标高5.2m承台顶标高4.7m承台底标高1.9m承台尺寸10.8m*6.7m承台边距中心线1.2

3、25m施工作业面1m钢板桩围堰尺寸26.m*8.5m地质参数：粘土：容重1.85g/cm3内摩察角15.5粘聚力19.4kpa主、被动土压力：ka=tg2（45°-/2）kp=tg2（45°+/2）表2.1 桥墩主、被动土压力系数及被动土压力修正系数土层名称kakp被动土修正系数k粘土0.580.7621.731.3151.42钢板桩参数：表2.2 钢板桩截面参数特性值表钢板桩型号单根钢板桩每延米钢板桩宽侧厚壁厚面积惯性矩截面矩bhtaixzxmmmmmmcm2/mcm4/mcm3/msksp-sx2760021018225.5567002700钢板桩材质采用syw295.

4、钢板桩示意图三、计算结果施工过程：(1)拆除四周钻孔平台，在靠近承台侧定位桩上焊接牛腿，安装第一道内支撑作为钢板桩插打导向围檩；(2)插打钢板桩至合拢；(3)围堰内抽水至+4.7m，在+5.2m处安装第二道内支撑；(4)围堰内注水至围堰外水位一致；(5)水下吸泥并浇筑封底砼；(6)待砼达到设计强度后，凿桩头，施工承台；(7)拆除承台模板，在承台与钢板桩空隙间回填2.4m高砂、土混合物，顶部浇筑0.4m高砼冠梁；(8)待0.4m高砼冠梁达到强度后，拆除第二道内支撑(9)围堰内继续注水至围堰外水位，拆除第一道内支撑。(10)拔除钢板桩。工况分析：工况一 第一道内支撑安装后，围堰内清淤至4.7m，如

5、图；工况二 第二道内支撑安装后，围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-0.6m，如图；工况三 封底砼达到强度后，围堰内抽光水，如图；工况四 承台、墩身施工后向钢板桩与承台间回填砂土并在顶部浇注40cm厚c25砼冠梁，拆除第二道内支撑，如图。工况一、第一道支撑安装后，围堰内清淤至4.7m（1）计算反弯点位置。假设计算其离基坑底面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即：主动土压力：被动土压力：水压力：所以，梁的计算长度取值为9.9-4.7+2.91=8.11m作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力：图3.1 钢板桩受力图图3.2 钢板桩弯矩图图3.3 钢板桩反力图由上图可知，

6、钢板柱最大的弯矩为223.8kn.m，作用于第一道内支撑的反力为68.6kn。工况二、第二道支撑安装后，围堰内加水至围堰外水位，水下吸泥、清淤至-0.6m（1）计算反弯点位置。假设计算其离基坑底面的距离y，在y处钢板桩主动土压力强度等于被动土压力强度，即：主动土压力：被动土压力：水压力： 所以，梁的计算长度取值为9.9-(-0.6)+1.607=12.107m作用在钢板柱处的主动土压力和静水压力： 图3.4 钢板桩受力图图3.5 钢板桩弯矩图图3.6 钢板桩反力图由上图可知，钢板柱最大的弯矩为91.9kn.m，作用于第一道内支撑的反力为-14.1kn,作用于第二道内支撑的反力为65.9kn。工

7、况3：封底砼达到强度后，围堰内抽光水本工况计算封底砼面取设计封底砼面以下0.5m处，即1.4m，则计算长度为9.9-1.4=8.5m 图3.7 钢板桩受力图图3.8 钢板桩弯矩图图3.9 钢板桩反力图由上图可知，钢板柱最大的弯矩为92.2kn.m，作用于第一道内支撑的反力为9.6kn,作用于第二道内支撑的反力为165.0kn。工况4：承台、墩身施工后向钢板桩与承台间回填砂土并在顶部浇注40cm厚c25砼冠梁，拆除第二道内支撑。本工况下假设等值梁下嵌固点位于砼冠梁1/2厚度处，即4.5m，则计算长度为9.9-4.5=5.4m。 图3.10 钢板桩受力图图3.11 钢板桩弯矩图图3.12 钢板桩反

8、力图由上图可知，钢板柱最大的弯矩为75.6kn.m，作用于第一道内支撑的反力为16.1kn。根据上述工况计算，钢板桩内力及内支撑支撑反力计算结果汇总如下表：3.1钢板桩内力及内支撑支撑反力表计算工况钢板桩应力(mpa)钢板桩最大弯矩 (kn.m)第一道内支撑反力(kn)第二道内支撑反力(kn)工况一82.9223.868.6-工况二34.091.9-14.165.9工况三34.192.29.6165.0工况四28.075.616.1-由上表可知，钢板桩应力满足规范要求。四、内支撑初步计算由表3.1可知，第一道内支撑最大支撑反力为68.6kn，第二道内支撑最大支撑反力为165.0kn。由于第一道

9、内支撑最大反力较小，只验算第二道内支撑。内支撑围檩采用hn600*200*11/17工字钢，支撑杆采用p402*9钢管。利用midas/civil2010建立有限元模型，如图，在钢管与圈梁相交处下方焊接牛腿设置竖向约束。图4.1 第二道内支撑空间有限元模型图4.2 第二道内支撑各杆件位移图图4.3 圈梁组合应力图图4.4 钢管轴力图图4.5 钢管组合应力图1.强度验算由以上计算结果可知，第二道内撑最大位移为12mm，圈梁最大组合应力为185.5mpa215mpa，钢管最大组合应力为102.4mpa215mpa，发生在中间斜撑钢管处，如图。2.稳定性验算由以上计算结果可知，402×9m

10、m钢管最大轴力1137kn。 回转半径：=13.9cm长细比：由此查稳定系数表得结论：第二道内撑圈梁和钢管的应力满足要求，钢管的稳定性满足要求。五、钢板桩及内撑第二步验算将内撑的最大位移（12mm）以支座强制位移的形式加到工况三的钢板桩有限元模型中，计算结果如图。节点位移0.012m图5.1 钢板桩弯矩图图5.2 钢板桩作用于内撑的反力由计算结果可知，钢板桩的最大弯矩为150.9kn.m，钢板桩的最大组合应力为，满足要求。此时，钢板桩作用在第二道内撑的反力为133.5kn，由于以上已计算第二道内撑在反力165kn作用下满足强度要求，故内撑不须要再计算。注：钢板桩材质为q295，若考虑钢板桩的锁

11、口部分应力折减，且钢板桩安全系数取为1.2，则容许应力为295/1.2246mpa。六、围堰整体抗浮验算封底砼采用c25，施工厚度为2.5m，施工考虑砼底存在“夹泥”及顶面浮浆的因素，计算厚度取2.0m，围堰尺寸：26m×8.6m；水下c25混凝土设计值ftd=1.27mpa，考虑为施工阶段混凝土的允许弯拉应力取1.5倍安全系数，则=0.85(mpa)，桩基钢护筒外径为1.8m，共12根；钢与混凝土粘结力：一般取100-200kn/m2，这里取120 kn/m2；混凝土容重：23kn/m3；封底混凝土体积： 封底混凝土自重：护筒粘结力：钢板桩与封底混凝土的粘结力：封底混凝土底面受水浮

12、力：根据地铁设计规范中规定抗浮安全系数不小于1.05，此处抗浮系数结论：围堰整体抗浮满足要求。七、钢板桩入土深度根据盾恩法求桩的入土深度由公式整理得，解得t=5.85故选取钢板桩长度为20m，实际入土深度为8m。八、基坑底土抗隆起验算在工况二下围堰内清淤至-0.6m时，须验算坑底的承载力，如承载力不足，将导致坑底土的隆起。本工程基底抗隆起计算参照prandtl（普朗德尔）和terzaghi（太沙基）的地基承载力公式，并将桩墙底面的平面作为极限承载力的基准面，承载力安全系数的验算公式如下： 式中nq、nc -按prandtl公式时， ；c-土的粘聚力(kpa)； -土的内摩擦角（°）；

13、-土的重度(kn/m3)； t-支护结构入土深度(m);h-基坑开挖深度(m); q-地面荷载(kpa)。图5.25 基底抗隆起计算模式简图对于工况二进行验算，、c按钢板桩入土深度范围内的加权平均值计算：则:=3.251.2。结论：基坑底土满足抗隆起稳定性要求。八、基坑底管涌验算不产生管涌的安全条件为:,故不会发生基坑底管涌。式中：抗基坑底管涌安全系数；水容重，=10 kn/m3土的浮容重， 水力梯, 最大渗流力（动水压力），水位至坑底的距离，钢板桩的入土深度，九、封底砼厚度计算封底砼取x米厚，基坑内抽水后水头差为，由此引起水的渗流，其最短流程为紧靠板桩的，故在此流程中，水对土粒渗透的力，其方向应是垂直向上。现近似地以此流程的渗流来检算基坑底的涌砂问题，要求垂直向上的渗透力不超过封底砼的自重，故安全条件如下式：式中：安全系数，取1.05；水力梯, ；、分别为水与砼密度，其中，水位至坑底的距离，钢板桩的入土深度，则：得：，取封底砼厚度25cm，满足条件。十、钢板桩围