楊莊閘加固工程中鋼板樁圍堰的應用研究

戴金龍，潘凱

（江蘇省淮沭新河管理處，江蘇淮安223005）

1 引言

鋼板樁圍堰是當前應用最為普遍的一種板樁圍堰模式。目前在我國圍堰工程中應用十分廣泛。本文以楊莊閘加固工程為例，從滑移驗算、防滲驗算、鋼板樁結構計算等方面，經過詳細計算，設計了適用于該工程的鋼板樁圍堰，并對其施工工藝展開了介紹，旨在提供一些鋼板樁圍堰應用方面的參考。

2 鋼板樁圍堰設計

2.1 圍堰結構設計

楊莊閘于1936年建設，屬于淮安市的重點文物保護單位。基于楊莊閘加固工程的施工條件，圍堰結構設計為雙排鋼板樁加拉錨結構，防洪預案設計為，頂部寬80cm、高70cm袋裝土圍堰，頂部總體設定高程為13.7m。鄰水側鋼板樁和鄰基坑側鋼板樁二者間設定距離為6m。鋼板樁間填筑土方，鋼板間使用拉錨進行焊接，并在其12.5m高程處設定1根φ44mm拉錨，拉錨間距200cm，并使用錨栓在其兩側進行固定[1]。

2.2 圍堰計算

在楊莊閘加固工程的施工期間，經測量后確認上游最高水位接近13m，河底高程9m，但考慮厚度約2m的淤土，計算時，基準面高程設定為7m，并使用施工期間的最高水位作為圍巖滑移和穩定的驗算標準水位。

2.2.1 滑移驗算

2.2.2 基礎地基承載力驗算

2.2.3 防滲驗算

2.2.4 鋼板樁結構計算

圍堰前面荷載（主動土壓力、水壓力）產生的彎矩與后面被動土壓力（考慮靜止土壓力）產生的彎矩關于拉錨安裝點保持極限平衡，鋼板樁按簡支梁進行計算。取單位長度鋼板樁計算嵌固深度設計值hd。經計算，嵌固深度設計值hd=6.2m，計算基準面為7.0m，鋼板樁圍堰鋼板樁頂高程為13.0m，頂部采用袋裝土考慮到施工期截滲，臨水側板樁底高程為-2.00m，鋼板樁長取15.0m，基坑側樁長為12m，樁底高程為1.0m。

臨基坑側鋼板樁支點反力和最大彎矩按懸臂式支護結構進行計算，彎矩設計值MC和剪力設計值VC計算公式為：MC=hmz，∑Emz-haz∑Eaz，VC=∑Emz-∑Eaz。式中，∑Emz為計算截面以上基坑內側各土層彈性抗力值的合力之和；hmz為合力∑Emz作用點至計算截面的距離；∑Eaz為計算截面以上基坑外側各土層水平荷載標準值的合力之和；haz為合力∑Eaz作用點至計算截面的距離。經計算，彎矩設計值MC=375kN·m，剪力設計值VC=264.1kN。

1）鋼板樁選擇

鋼板樁采用3號鋼，鋼材允許抗彎應力取[σ]=180MPa，鋼板樁允許抗剪應力取[τ]=95MPa，鋼板樁設一道拉錨，高程12.5m。

斷面模量：W1=MC[σ]=771.6cm3＜2270 cm3

剪應力：τ=1.5VC/A=8.17MPa＜[τ]=95MPa

圍堰鋼板樁選用SKSP-Ⅳ型鋼板樁滿足要求。

2）拉錨計算

計算拉錨的拉力T=Apl，式中，Ap為拉錨的支點反力，Ap=112.42kN；l為拉錨的安裝間隔，取l=2.0m。

3）圍檁計算

3 楊莊閘加固工程施工工藝

3.1 施工方法

首先，需要在施工前進行地下管線的勘探工作，并做好標記；然后做好定位樁，并安裝導向靠控制架，準備打樁；采用排列方式進行打樁施工；維護拉森鋼板施工需要設定為岸邊施工；最后，要注意在對鋼板樁進行施工前，需要保障鋼板樁的位置和垂直度精準，并前輕敲鋼板樁將其插入土體1m以上之后，再采用重打的方式，并注意在錘擊過程中控制鋼板樁的垂直度。

3.2 施工流程

清掃障礙物→地面放坡至與河岸高度一致→將施工設備搬運至施工現場并進行安裝→在河中進行定位樁打樁→導向控制架安裝，并打設鋼板樁→安裝拉錨和鋼圍檁→施工平臺再造→對鋼板樁進行封口作業→拉錨及支撐設備拆除→鋼板樁拔出，施工平臺拆除。

3.3 圍堰維護

為確保楊莊閘加固工程的施工建設質量，在圍堰土方填筑、基坑抽水作業完成后，要立刻展開圍堰維護工作。

4 結語

綜上所述，本文對楊莊閘加固工程的鋼板樁圍堰設計中的整體穩定性、滑移驗算、承載力、防滲以及鋼板樁結構進行驗算，并經過計算得出工程鋼板樁選擇SKSP-IV型鋼板樁、1根φ44mm直徑拉錨、H400mm×400mm×13mm×21mm型鋼圍檁作為工程鋼板樁機構，并闡述了工程的施工流程工藝，希望可為鋼板樁圍堰在其他水利加固工程中的應用提供參考。