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。