双排钢板桩在东莞市运河节制闸导流明渠设计中的应用_工程管理

1、双排钢板桩在东莞市运河节制闸导流明渠设计中的应用结合工程实际，本文首次将双排拉森钢板桩作为边坡支护兼作临时挡土墙结构，其施工简便、快捷，能有效防止流砂、流土，抗渗性能优异，不失为一种 经济 合理的边坡支护措施，在透水地基的边坡防护中具有肯定的 参考 价值。1、工程概况东莞市樟村水质净化厂位于水道樟村段，设计日处理力量近期为360万吨，远期为460万吨，现为亚洲最大的污水处理厂，工程总投资约4.3亿元，工程已于2022年全面开工建设，近期已竣工投入使用。作为净化厂配套工程的水道节制闸，位于厂区上游，担负着拦污、引污的任务，节制闸能否按时竣工投入使用，是净化厂能否按时投产的关键。节制闸设于水道樟村

2、段， 历史 上实测最大洪峰流量400m3/s，估算施工期(10月-4月)最大流量100 m3/s。考虑到本工程工期紧，场地狭窄，需全断面截断水道进行施工，设计时初拟在节制闸左岸或右岸布置导流明渠进行施工期导流，实际布置时发觉右岸已有进出水涵、提升泵房、施工道路等设施，在该处布置导流明渠难度很高，且施工干扰也很大，不利于赶工期抢进度，故最终将导流明渠布置于节制闸左岸滩地，即东江大堤一侧。 考虑到导流明渠设计流量较大，导流时间也较长(实际使用将近半年)，设计时明渠右侧采纳连续灌注桩(兼作水闸左岸墙)，左侧采纳浆砌石挡土墙，砼护底、护面，设计渠长215米，渠净宽20米，渠底纵坡1/1000。由于多种

3、缘由，工程推迟到2022年12月才动工，此时东江、水道水位均较高，在明渠挡土墙基底试开挖时发觉在高程0.00米处有砂夹层，地下水位很高，其地质条件与节制闸早期布孔存在较大差异，开挖过程基坑有流砂、滑坡现象发生，已危及东江大堤平安，工程被迫中止。由于导流明渠是节制闸工程的瓶颈,为尽早开头节制闸,主体工程的全面开工建设，经充分比较 分析 ，尝试采纳双排钢板桩代替原设计的浆砌石挡土墙，修改后断面形式如图3、图4。2、工程地质为摸清拟打钢板桩位置的基岩出露状况，以便合理选择桩型、桩长，避开铺张，沿桩轴线补充地质钻探(均为观看孔)，结果表明，基岩面起伏极大，强风化砂岩岩面高程-3.02-8.05m，其中

4、75%岩面高程-3.0-4.0m，岩面以上主要为中细砂层及耕作土层，地质条件良好。3、钢板桩支护设计3.1 钢板桩简介钢板桩是一种较老的基坑支护方式，采纳锤击或振动 方法 打入带锁口的桩体，使之在基坑四周闭合，并保证水平、垂直和抗渗;桩体可作成悬臂式、坑内支撑、上部拉锚等支护方式，作为在土方开挖和基础施工时反抗桩背的土、水压力，使之达到基坑内外稳定;桩的型式有U型、Z型及直腹型等，常用的是U型咬口式(本工程即采纳该桩型)。钢板桩最初主要 应用 于 工业 与民用建筑的深基坑支护，由于其施工便利快捷、挡土止水效果良好，近期我院已将其应用到多宗水利工程的边坡支护设计中，取得较好的 经济 效益。但由于

5、钢板桩一次性投资大，打拔费用高，施工时有躁音、振动等 问题 ，在经济欠发达地区、城区应用受到很大限制。 <CENTER</CENTER3.2 桩类型选择参照振动法施打钢板桩阅历，桩尖能入岩深度仅为1020cm，按岩面高程-3.0-4.0m 计算 ，桩身入土深度在23m间。经估算，悬臂桩入土深度需达6m方能满意结构稳定性要求，故悬臂桩不适合该处地质条件，设计时选择上部有锚固的锚定式板桩。从边坡开挖状况、地质钻探结果 分析 ，堤坡填土较为疏松，若采纳常规桩顶设置钢锚杆，一方面锚固效果很难保证，另一方面其打孔、灌浆锚固时间长，无法满意当时赶工期需要，况且其造价也不低。经查阅资料，结合本工

6、程实际状况，确定采纳双排钢板桩结构形式作为边坡支护，其中外排钢板桩为挡土、防渗、抗冲，内排钢板桩为锚固、防渗，两者在桩顶采纳拉结结构连成一个整体，形成一个重力式挡土墙。3.3 结构分析计算按双排拉森钢板桩的受力特点，其结构设计应包括墙体稳定分析计算、锚定桩结构分析计算、桩顶拉结分析计算三大部分 内容 。 3.3.1 墙体稳定分析计算计算简图如图5。按一般阅历，墙后土料C=0，=30°(折算)，=19KN/m3，按裂开角=45°+/2=60°计算的有效挡土高度H=8.0m，土压力按朗肯公式计算，则土压力 <CENTER</CENTER初定双排钢板桩间距4

7、.5m(必需保证内排桩落在裂开面以外)则土重G1=19×4.5×3.6=307.8KN钢板桩重G2=1.46×3.6×2=10.51KN(初选钢板桩型号FSP-A，其重量1.46KN/m2) <CENTER</CENTER基底摩擦系数f=tg=0.577G=G1+G2=307.8+10.51=318.31KN抗滑稳定系数 <CENTER</CENTER满意规范要求。3.3.2 锚定桩结构分析计算计算简图如图6。按下端自由支承，上端有锚定拉杆的板桩进行计算(详见支挡结构设计手册，过程略)求得板桩入土深度t=2.5m锚定杆拉力T=28

8、.65KN/m板桩最大弯矩Mmax=50.33KN.m/m板桩需要截面模量Wmax=Mmax/=347cm3/m考虑到钢板桩需打入强风化砂岩，且其防护之东江大堤极为重要，故选用较大截面拉森钢板桩，型号FSP-IIIA，其W=1520 cm3/m。由于岩面较高，桩尖仅打至-4.00m高程，此时桩入土深度为2.4m，略为不足，为平安计，设计时将桩外2m范围护底高程提高1m作为平安储备。3.3.3 桩顶拉结分析计算设计时为便于调整双排钢板桩预紧度，采纳型钢将桩顶夹紧，再用螺栓拉结。考虑到钢板桩单桩宽度400mm，设计拉结螺栓间距取a=1.6m，则螺栓拉力T=1.6×T=45.84KN采纳32圆钢加工，其允许拉力100.5KN，桩顶型钢按均布荷载连续梁计算，其 <CENTER</CENTERWmax=Mmax/=46.0cm3选用两条160×100×10，其W=2×62.13=124.26 cm34 结论按双排钢板桩方案施工(振动法打桩)，在半个月内即完成打桩、桩顶拉结等全部工作，不但避开高边坡开挖危及东江大堤平安，而且由于U型咬口式钢板桩有自止水功能，基本杜绝了基坑渗水、流砂等问题，取得了极好的 社会 经济效益。工程现已竣工，明渠已填平恢复原状