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钢板桩围堰的设计与施工

来源:233网校 2008-06-22 10:01:00

建设工程施工管理科目是二级建造师的基础科目课程(点击听课>>)。该科目立足于建设工程项目整个建设实施的全过程,涵盖了建设工程成本、进度、质量、安全与环境、合同、信息几个方面,内容繁多,知识面广泛,但是考试的重复性比较大,不要逐字逐句看书,跟着233网校老师走,学会抓重点,就必定能通过。233网校老师教你本科目通关秘籍,实施最保守的得分方法,你都能高分通关。单选通过排除法等各种问题技巧得分至少70%~80%的分数,即49-56分。多选题尽量不要出现得0分的题目。除少数几个绝对有把握的题,有几个选几个,得8分左右。剩下21个题目都只选2个选项,其中假设有4个题目正确答案就2个选项,得8分;剩余17个题目得一半分,即17分;多选题总分可得33分。此时总分至少为82分,能顺利通过考试。

  目前,对于钢板桩围堰的设计主要是沿用《公路桥涵施工手册》和教科书中的经验算法。由于经验算法带有很大的近似性,并不一定能够真实反映钢板桩围堰的实际受力状况,有时会出现较大的偏差,给围堰的使用带来很多不安全因素。笔者在洪泽苏北灌溉总渠大桥施工中,为避免出现较大的变形,在对钢板桩围堰设计时采用了理论算法。经实践检验,理论算法能够较为精确的反映围堰的实际受力状况,对于合理设置内支撑和减小封底厚度起到了重要的保证作用。

  1 钢板桩围堰的设计与施工做详细论述:

  1.1 承台尺寸:10.3m(横桥向)×6.4m(纵桥向)×2.5m(高度),底部设计有10.7×6.8m×1.0m的封底砼。

  1.2 承台及河床高程 承台顶面设计高程为h=5.0m,河床底高程为5.5m,河床淤集深度约为30cm. 1.3 水位情况 正常水位:h常=10.8m(此时水深5.3m),最高水位hmax =11.5m(水深6.0m),围堰设计时按最高水位考虑。

  1.4 水流速度 因该桥位于水电站下游,水流较为湍急。设计时速v=1.0 m/s,不考虑流速沿水深方向的变化,则动水压力为: p=10khv2×b×d/2g=53.2kn 式中:p-每延米板桩壁上的动水压力的总值(kn); h-水深(米); v-水流速度(1.0m/s); g-重力加速度(9.8m/s2); b-钢板桩围堰的计算宽度,b=10m; d-水的密度(10kn/m3); k-系数,(槽形钢板桩围堰k=1.8~2.0,此处取1.8)。(参照《公路施工手册》,假定此力平均作用于钢板桩围堰的迎水面一侧。)

  1.5 河床水文地质条件 河床土质良好,多为粘土、亚粘土,局部有亚砂土,承载力较强。围堰基底至河床部分土质为粘土(层厚约2m)、亚砂土(硬塑状态,很湿,层间无承压水,层厚约为1m)。

  2 拟定方案

  结合河床地质情况及施工要求,拟采用日本产钢板桩进行围堰施工,长度为15m,宽度为40cm,厚度为18cm. 围堰顶面标高拟定为12.5m,高出最高水位1.0m.围堰设计图3,所有内围囹均采用56b工字钢制作,节点采用焊接(施工中严格执行钢结构施工规范)。为确保整个围囹的刚度和稳定性,对每层中间一道工字钢上面加焊型钢并将上下四道工字刚用25#槽钢焊接连接。在施工期间安排专人值班以防吊物碰撞。

  3 围堰(支撑)内力计算

  3.1 确定受力图式

  3.1.1 钢板桩嵌制形式 河床底部土质较为密实,假定钢板桩底部嵌固于(钢板桩入土深度)t/3=1.5 m处,即承台底2.0m处。(封底砼厚度采用50cm)

  3.1.2 动水压力 p=10khv2×b×d/2g=53.2kn

  3.1.3 河床土质为亚粘土,为不透水层,但考虑到钢板桩施工中会引起板侧土体的扰动,缝隙里充满水,所以考虑水压力的影响。土压力计算取用浮容重, υ'=19.4-9.8=9.6kn/m3,ιj=30~50kpa,σ=100kpa.

  3.1.4 经分析可知迎水面为最不利受力面,以此为计算面。所承受荷载假定由两根工字钢平均承担,计算两根工字钢的共同受力。 由受力图式可知,此结构为四次超静定结构,因计算较为繁琐,计算过程不在此详细叙述,得出最大支撑力为2734.95kn,最大弯矩为1117.59kn.

  4 验算钢板桩的入土深度

  验算钢板桩的入土深度是否满足要求钢板桩入土深度达4.5m,从桥位处地质勘探资料分析,持力层中无承压水,如经计算各道支撑的受力均能满足要求,可不验算钢板桩的入土深度。

  5 根据求得的内力验算钢板桩的受力状态及变形情况

  5.1 应力 由内力计算结果可知,mmax=1117.59kn.m.钢板桩外缘拉应力σ=mmax/w=123mpa<340mpa(容许应力),满足要求。

  5.2 变形 经计算,各单元跨中变形值如表1所示。 表1 各单元跨中变形值 单元号 横向位移υ(mm)

  1    7     2    10     3      2       4       5       5       3        6        3

施工管理科目主要学习内容如下: 1.施工管理。包括施工方的项目管理,施工管理的组织,施工组织设计的内容和编制方法,施工项目管理目标的动态控制,施工项目经理的任务和责任,施工风险管理,工程监理的工作任务和方法。 2.施工成本管理。包括建筑安装工程费用项目的组成与计算,建设工程定额,合同价款约定与工程结算,施工成本管理与施工成本计划,施工成本控制与施工成本分析。 3.建设工程项目进度目标。包括建设工程项目进度控制的目标和任务,施工进度计划的类型及其作用,施工进度计划的编制方法,施工进度控制的任务和措施。 4.施工质量管理。包括施工质量管理与施工质量控制,施工质量管理体系,施工质量控制的内容和方法,施工质量事故预防与处理,施工质量的政府监督。 5.施工职业健康安全与环境管理。包括职业健康安全管理体系与环境管理体系,施工安全生产管理,生产安全事故应急预案和事故处理,施工现场文明施工和环境保护的要求。 6.施工合同管理。包括施工发承包模式,施工合同与物资采购合同,施工计价方式,施工合同执行过程的管理,施工合同的索赔。 7.施工信息管理。包括施工信息管理的任务和方法,施工文件归档管理。

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  6 验算工字钢的受力状态

  6.1 轴向受力 由计算可知,最大支撑反力发生在第二道围囹处,其数值为2734.95kn,因工字钢与钢板桩连接处均采用焊接,且角撑刚度较大,不考虑其失稳,仅考虑纵向挠曲,系数取ζ=2,此时其承载力 p=292.9×10-4m2×340×106n/m2/2=4980kn, 安全系数n=4980/2734.95=1.8,其承载力满足要求。

  6.2 横向工字钢的抗弯能力 假定支撑反力p=2734.95kn平均作用在横向工字钢上(长度按8.8m计算),荷载集度q=2734.95/8.8=310.8kn/m.经计算,对工字钢跨中产生的最大弯矩ml/2=864.5kn.m.工字钢抵抗弯矩m`=1000kn.m.安全系数n=1000/864.5=1.15(此处未考虑钢板桩与工字刚的共同作用,实际情况应更为安全),承载力满足要求。

  6.3 工字钢挠度 在上述弯矩的作用下,计算出工字钢的跨中挠度l=14mm,满足施工及使用要求。

  7 钢板桩竖向承载力的验算

  因此钢板桩围堰将利用作为钻机平台,其承受的竖向荷载有:

  7.1 钻机及其配套设备自重:150kn;

  7.2 支架及其他施工荷载:100kn;

  7.3 钢板桩自重:1300kn;

  7.4 围囹自重:300kn. 合计:1850kn 上述竖向荷载全部靠钢板桩侧摩阻力及其桩尖反力承担,查相关规范及工程地质报告,计算如下: 桩侧摩阻力p1=(13.8+9.6)×2×5.7×10=2668kn; 桩尖反力p2=117根×8.85e-3m2/根×100kpa=104kn 合计: =2668+104=2772kn 安全系数n=2772/1850=1.5,承载力满足要求。

  8 围堰整体稳定性验算

  钢板桩围堰的整体稳定性仅表现围堰在动水压力作用下的抗倾覆能力。该动水压力与钢板桩入土深度范围内所受的土压力相平衡。因钢板桩围堰底部嵌入地基中达4.5米,在动水压力作用下所能承受的土压力要比动水压力要大的多,此处可不必验算,其整体稳定性应能得到很好的保证。

  9 施工中注意事项

  该钢板桩围堰在整个工程施工中极为顺利,经实测各单元的变形与计算结果相符。施工中要注意以下几点:

  9.1 钢板桩的堵漏 一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝。刚开始时我们也采用此法,效果不是很理想,后在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围囹时,采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法,借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的,对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。经现场实施,效果非常明显,施工期间在围堰内仅设置一台潜水泵即可将漏水抽净。

  9.2 围囹的安装 围囹的安装应随着抽水的深度逐层实施,安装过程中要密切注意河床水位的变化,并安排专人负责施工期间的抽水工作。值得注意的是工字钢与钢板桩的连接,由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响,整个围堰的侧面顺直度较差,工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形,要求将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接,围堰的四个角更应加强。

  10 结束语

  用理论算法进行钢板桩围堰的设计能够较为真实的反映钢板桩的实际受力状态,从而具有较大的安全性。采用逐层抽水加固的施工方案较为方便,在基底土质良好的条件下可以实现“干法施工”,不需要采取水下封底,在质量上易于保证。

二级建造师施工管理科目单项选择题70题,每题1分,共计70分;多项选择题25题,每题2分,共计50分;总计120分。大家根据233网校老师讲课中的章节重难点指引,看最新教材进行预习,再来听精讲班老师解读教材考点,听课时就不会一头雾水,思路会比较清晰,也容易掌握各个考点。点击听课,进入备考>>

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