双排钢板桩围堰在中山地区软土地基中的应用

刘新胜

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东中山528403）

双排钢板桩围堰在中山地区软土地基中的应用

刘新胜

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东中山528403）

中山市某水闸受场地限制选用双排钢板桩围堰，本文对钢板桩围堰进行结构计算及整体稳定计算，为钢板桩围堰在中山地区软土地基的推广提供了宝贵的经验。

双排钢板桩围堰；结构；整体稳定

双排钢板桩围堰是软土地基上进行市政和水利工程施工时广泛应用的支护形式之一，具有体积小、影响范围小、止水可靠、能承受较大的变形及施工速度快等优点。该结构至今仍采用以经验为主的半理论、半经验设计方法，较难准确预测施工过程中可能出现的不利情况，在结构可靠性分析中有较大的局限性。对双排钢板桩围堰的变形特征和桩、土的协同作用机理有待进一步的完善。本文结合中山市某水闸的围堰工程，对双排钢板桩围堰进行了结构及稳定计算，为类似工程提供参考依据，具有一定的应用价值和现实意义。

1 工程简介

中山市民三联围某水闸建于1968年，水闸分两孔，总净宽7m，闸室底板高程-2.68m，闸顶高程4.05m。闸墩为浆砌石结构，闸门为木门。由于原设计标准偏低、水闸规模偏小、闸前引水渠淤积严重、不满足防洪（潮）要求，木闸门腐烂且开关困难，影响灌溉、排涝。该闸在2004年进行加固，增设钢筋混凝土启闭排架，闸门改为升降式平板钢闸门，并采用卷扬式启闭机启闭。

2 地质条件

该区地处华南沿海珠江三角洲地区，地貌多为淤积、冲积平原偶见低山、残丘，河流水道众多，漫滩、阶地发育。场区内揭露地层主要为填筑土、第四系海陆相交互沉积（Q 4m c）成因的粉质粘土、淤泥质土、淤泥质粉砂、粉细砂、含卵砾石中粗砂和白垩纪砂砾岩。依据钻孔揭露资料，按岩土层的地质年代、成因类型及工程性质自上而下分为7个工程地质层，各土层的工程特性指标详见表1。

3 双排钢板桩围堰的选用

本工程选取双排钢板桩围堰和膜袋土围堰进行比选，由于围堰地基为软土地基，压缩性强，含水量高，抗剪能力差，灵敏度高，在保证渗流稳定和整体稳定的前提下，膜袋土围堰断面尺寸较大，根据地形图可知围堰处河床坡度较陡，因此膜袋土围堰占地面积较大。而双排钢板桩围堰断面尺寸相比小很多，易于平面布置，且堰体重量比膜袋土围堰小，有效减少沉降量。综合分析，选用双排钢板桩围堰。

4 双排钢板桩围堰稳定计算

4.1计算断面

本工程特征水位为∶施工期外江设计水位为1.88m，围堰内水位为-3.0m。计算断面如图1所示。

4.2外力计算

4.2.1 土压力计算

土压力用库伦公式计算，计算公式如下∶

表1 各土层工程特性指标

图1 计算断面图

式中∶g为堰顶活荷载，本工程g＝0；c为土的粘结力，回填土未夯实可不计其作用；KA为主动土压力系数，为土内摩擦角；KP为被动土压力系数

4.2.2 水压力计算

堰两侧水头差Δ h＝5.07m，围堰内回填土考虑剩余水头差值为约故堰内计算水位取-0.50m。

设拉杆标高为＋1.50m，钢板桩底标高为-16.00m，计算出靠河一侧钢板桩的土压力、水压力，见图2。

PA-3.0＝31.66kN/m2（表示-3.0高程主动土压力，下同）

PP-3.0＝72.07 kN/m2（表示-3.0高程被动土压力，下同）

4.3钢板桩入土深度计算

由主动土压力、被动土压力、水压力对拉杆安装点力矩MA、MP、MW求得，即需满足F＝MP/（MA＋MW）≥1.2。由图2算得∶

图2 主动土压力、被动土压力、水压力分布图

4.4堰体宽度计算

4.4.1 抗剪计算

选用美国K A R I太沙基方法。公式如下∶

式中∶M为外力对开挖面A B的力矩，M＝194.08kN·m；PA为堰中心面上的压力，可取用钢板桩开挖面以上土压力，PA＝63.31kN；φ为填土内摩擦角。

4.4.2 抗倾稳定

式中∶M＝194.08kN·m；G为堰体每延米重，G＝78kN；T为每延米钢板桩与基土的摩阻力，T＝L ×τ＝13×30＝390kN；L为桩入基土深度；τ为桩与土的极限摩阻力。

算得K倾＝（0.5×7×78＋7×390）/194.08＝15.47＞1.4。

4.4.3 抗滑稳定

式中∶P土为对堰体的土压力，P土＝0；P水为对堰体的水压力，P水＝119.07kN；G＝78kN；f＝t g5.5°；S为每排钢板桩的抗剪力，S＝F桩×τ＝236×20＝4720kN，F桩为每延米钢板桩的断面积，τ为桩的极限抗剪强度。

4.4.4 管涌计算

式中∶Δ h为堰前后水头差，Δ h＝5.07m；l1、l2为板桩入土深度，取为12m。

4.5双排钢板桩围堰整体稳定计算

双排钢板桩围堰整体稳定计算采用里正岩土软件计算，计算结果详见表2。

表2 双排钢板桩围堰边坡稳定计算成果表

从计算结果可以看出，围堰满足稳定要求。

5 结语

（1）双排钢板桩围堰的抗剪计算、入土深度计算和整体稳定计算是围堰设计计算的重点和难点，也是确定双排钢板桩围堰特征参数的重要环节。

（2）双排钢板桩围堰在设计时要考虑横向围檩的刚度，施工时要注意横向围檩的连续性，确保双排钢板桩围堰的整体性，从而充分发挥桩土的相互作用。

（3）双排钢板桩围堰施工过程中要注意堵漏止水。止水措施可采用棉絮、黄油等充填物填塞接缝，也可采用彩条布围钢板桩，底部采用沙包压脚。在基坑内抽水过程中，要随时注意钢板桩围堰的止水效果，防止形成渗透破坏，将双排钢板桩内土体带出，从而导致钢板桩结构失稳。

（4）双排钢板桩围堰设计过程中要重点考虑钢板桩围堰与两侧大堤之间的衔接，避免产生侧渗，从而带走土体影响钢板桩围堰的稳定。

本工程双排钢板桩围堰地基为淤泥质粉砂和淤泥质土，软弱土层的厚度达40m以上，双排钢板桩围堰的成功实施，为中山地区类似工程的设计和施工积累了宝贵经验，提供了有益的参考和借鉴。

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T V 551.3＋5

：B

：1672-2469（2016）05-0113-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.040

2015-03-24

刘新胜（1984年—），男，工程师。