某泵闸工程双排钢板桩围堰设计案例

1、某泵闸工程做 期板桩围堰设计案例方案，将双排钢板桩围堰计算分为外部稳定性计算与内部稳定性计算，并通过理正深 基坑软件实现，为其他相似工程提供设计参考依据。1工程概况某泵闸工程位于宁波奉化江沿江堤防上，由3孔x4.5米水闸与20立方米/秒泵站组成，工 程等别为皿等，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为4级。导流标准为10年一遇， 导流建筑物级别为4级。本工程在汛期需要留有导流通道，在非汛期将河床一次拦断，此时河道入江口将被封堵，平 原涝水主要通过其他泵闸排入外江。工程于2015年12月开工，2016年7月主汛期拆围 通水。外江侧围堰布置位置河底平均高程在1.00米，围堰高度较大，且距离入江口较

2、近，无法布 置常规土石围堰，因此选用双排拉森钢板桩围堰。2工程地质情况工程区位于宁波平原中部，奉化江西岸，为海相沉积平原，区内第四系松散堆积物厚度大， 浅部以海相沉积的淤泥质土为主，且厚度变化不大；下部为冲湖积的粉质黏土、黏土、冲海 积的黏质粉土及冲洪积的砾砂等。根据本次勘察的钻孔现场编录资料和土工试验成果，按地 基土的土性特征、成因时代、埋藏分布条件及其物理力学性质，将场地勘探深度范围内的地 基土划分为7个工程地质层，细分为11个工程地质亚层，围堰位置钻孔揭示主要为口层淤 泥质粉质黏土（mQ4 ）及V层粉质黏土（al-1Q3 ）。3围堰结构型式初步拟定采用型号为PU-400X170热轧钢板桩

3、。桩顶高程为3.12米。挡水高度为4米。于2.50米 及 1.00 米高程各设置一道拉筋，拉筋采用型号为 GB/T20934-2007-GLG345-D2-20X4000 的钢拉杆，间距为 1.6 米，围檩采用 232b。 3.2建筑围堰内迎水面铺设一层防渗土工膜用于防渗，背水面钢板桩利用拉杆开孔排水。堰体内以塘渣分 层填筑，表面采用彩条布覆盖防水。为增加安全系数，堰体两侧设2米宽抛石平台，以1: 2坡度放坡到河底。3.3围堰宽度在基坑双排桩支护结构计算中，当前后桩排距大于Htan（45-中/2） （ H为开挖深度）时， 前排桩可按多支点拉锚型排桩进行内力变形分析，此时土压力主要作用在前排桩上

4、，滑移面 位于两排桩之间，后排桩可作为锚碇桩。同时，双排钢板桩围堰宽度与高度之比为0.91.2, 此时基本可满足前后排桩拉锚型式。因此，本工程取约1倍挡水高度的为围堰宽度，为4 米。3.4钢板桩长度热轧钢板桩出厂长度一般有9、12、15、18米。其中9、12、15米桩长为常见桩长，打设 时采用改装挖掘机即可，而18米长钢板桩需要借助吊机方可打设。因此在设计时，可选定 12、15、18米桩长分别进行稳定验算，根据计算结果并根据工程实际情况调整桩长。3.5设计断面初步拟定如图1所示4围堰计算本次计算采用理正软件深基坑模块，软件计算执行规范为建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-2012）。根据双排

5、桩的受力特点，本文提出将双排钢板桩围堰验算分为两部分，即外部稳定性验算与 内部稳定性验算。4.1.1外部稳定验算夕卜部稳定验算包括水平抗滑移稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、整体抗 滑动稳定验算。双排钢板桩围堰是利用两排钢板桩及桩间土体共同承担围堰外侧水、土荷载的结构形式。故 可将双排钢板桩整体等效为重力式水泥土重力式挡墙模型用水泥土挡墙模块计算围堰的外 部稳定性。等效水泥土重度取值为18千牛/立方米，墙宽为4米。河底面以上为静水，建 模时将这一层输入为中砂层，重度取0,并将坑外侧水位与桩顶面齐平。其计算简图如图2 所示。4.1.2内部稳定验算内部稳定性验算包括绕最下层支点的圆弧滑动稳定性验算、钢

6、板桩截面 强度验算、拉杆强度验算。双排钢板桩桩身强度及拉杆强度受内排桩在静水压力及桩问填土土压力共同作用工况控制。 围堰宽度大于Htan（45-中/2），可将双排钢板桩简化为单排钢板桩加锚杆支护的结构型式， 采用理正深基坑中的单排桩加锚杆支护模块进行围堰的内部稳定性计算。其计算简图如图3 所示。4.2 土层参数选取根据建筑基坑支护技术规程JGJ 120-2012及浙江省建筑基坑工程支护规程DB33/T 1096-2014 ），地下水位以下的粉土、砂土等渗透性较强的土层，按水土分算原则计算侧压 力；地下水以下的淤泥质土、黏性土，宜按水土合算原则计算侧压力土的抗剪弓鱼度指标可 选用直剪试验中的固结

7、快剪指标。此外根据规范，饱和软黏土（如淤泥、淤泥质土等），容 易受到打桩挤土等施工扰动而导致原状土强度降低故一般酌情考虑对抗剪强度指标进行折减。结合宁波地区设计、施工经验，一般打设桩支护时对抗剪强度指标折减，并结合快剪指 标酌情选取土层参数强度指标，本工程设计选取固快指标打8折。4.3桩长计算与围堰宽度验算由前文，本工程根据构造要求确定钢板桩围堰宽度为4米，通过稳定性计算不同桩长下围 堰的稳定性，以此确定围堰桩长。计算结果如表2所示。根据表中计算结果，当采用12、15、18米长钢板桩时，外部稳定均能满足要求，且随着桩 长的增加，安全系数相应增大；当采用12米长钢板桩时，绕最下层支点的圆弧滑动稳

8、定性 不能满足要求，而当桩长增加到15米时，安全系数满足要求，当桩长增加到18米时安全 系数明显偏大，这是因为此时钢板桩穿过淤泥质粉质黏土层，进入物理力学性质较好的下卧 粉质黏土层。在实际工程应用中，当桩长相差不大时，一般尽量避免悬浮桩，因此，本工程 中桩长实际采用桩长为18米，围堰宽度为4米。而本文主要是为了介绍双排钢板桩的一般计算方法，因此，结构强度验算时，仍采用15米 钢板桩进行计算。4.4钢板桩及拉杆强度验算钢板桩截面强度验算钢板桩的单宽强度 Mmax/W=1.25x97.41-(2270 x1Q 6 ) =53.64 ( MPa)ft=295 兆 帕。满足要求。Mmax每米板面最大设计弯矩值，千牛米；W-每米板面截面模量，立方米 /米。拉杆受力分析拉杆轴力设计值 N = 1.25x76.35=95.43千牛，采用直径20毫米钢拉杆，最大内力a = N/A=95.44x1000/314.2 = 304 MPa5 结论 (1 )本文对双排拉森钢板桩围堰计算进行了实例分析，采用重力式水泥土墙模型与 排桩拉锚模型分别进行围堰外部稳定性计算与内部稳定性计算，验算并确定了围堰宽 度、钢板桩长度及结构强度等。（2）分析各桩长下围堰的稳定性，并结合工程实际情况，确定桩长