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2011二级建造师水利工程复习资料:钢板桩围堰的设计与施工

来源:233网校 2010-09-02 10:07:00
导读:钢板桩围堰的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。
  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。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。
  下面就钢板桩围堰的设计与施工做详细论述
  1已知条件
  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=1.0m/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=1.5m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)
  6验算工字钢的受力状态
  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。
  
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