1、船台及驳岸施工围堰设计与计算1、 工程概况 浙江舟山市六横岛位于舟山群岛的南部海域，在虾峙门国际航道的西南侧，是舟山市的第三大岛，为舟山市重点扶持的三大岛之一，占地约 106。8 平方公里。厂址区域四周由穿山半岛和舟山群岛所环抱，形成一个近封闭水域。本工程位于厂内八号、九号码头之间。工程范围: 1. 船台二座：船台长 250m，宽 45m，水下段长 60m，滑道坡度1：20，滑道底标高-3。00m，顶标高 12。40m；2. 陆域独立吊车道 : 600T 龙门起重机轨道一组： 2x437m; 150T 门机轨道三组：6x303m; 3. 直立驳岸约 230m。为了确保船台及驳岸的干地施工，须在
2、外海侧顺堤设围堰，从而确保工程进度。本工程工作量大，施工时间相对较紧，施工工期：2008 年 1 月 1 日6 月 30 日，共 6 个月。2、 自然条件2.1 水文资料设计水位:设计高水位：2.14m设计低水位：-2.60m下水水位：1.50m2.2 地质资料场地内地质构造活动较稳定，未见新构造运动及活动断裂，不存在液化土层，故属基本稳定区。根据工程地质勘察报告，场地地层自上而下分为： 1 层杂色填土，为新近人工回填而成； 2 层淤泥、 1 层灰色淤泥质粉质粘土、层粘土为软弱场地土； 1 层暗绿灰黄色粉质粘土、 1 浅黄灰绿色粉质粘土及 2 层粉质粘土夹砂砾、碎石为中硬场地土，层强风化晶屑凝
3、灰岩、层中等风化晶屑凝灰岩为坚硬场地土。由于拟建场地 20.0m 深度范围内无饱和砂性土及粉土存在，本场地为不液化场地。场地内分布有较厚的软弱土。该区域由于拟建场地周围无污染源存在，对钢结构具中等腐蚀性。本次设计钢板桩插入 1 层灰色淤泥质粉质粘土土层中，淤泥质粉质粘土的物力力学性质指标为：含水率 42.6%，比重 2.74，重度17.4kN/m3，固快粘聚力 13.34kPa、内摩察角 12.5。其余参数详见地质勘探报告。3、围堰方案比选围堰是用于围护水工建筑施工场地的临时挡水建筑物。 围堰具有不同于一般建筑物的施工和运行特点。 其合理的结构应是断面简单、构筑和拆除方便，满足稳定、防冲蚀、防
4、渗漏的要求。 既不可以永久建筑物对待，又不可掉以轻心、马虎从事。根据场地现有情况，本次设计比选两种围堰方案。方案 A：土石坝围堰：利用当地现有材料作为主要筑填材料；方案 B：钢板桩围堰：采用拉森钢板桩作为围堰外壁，然后填充粘土。方案 A（土石坝围堰）为传统的土石围堰，可采用当地土石材料。传统的土石围堰通常存在如下问题:（1） 围堰一般要求快速施工，但实际施工中往往土方量大、土堆不高、沉滑严重。而在软弱地基上必须控制加荷速率，待地基承载力提高了，才能往上加荷，因此施工速度较慢。（2）土石围堰直接在水下施工，水下抛投的堰坡受水下自然休止角的控制，而且水下清基困难，通常直接坐落在覆盖层上，质量往往难
5、以保证。(3)围堰在工程完成后往往需要拆除。由于大多在水下，时常因拆除不彻底，留有根底影响码头前沿水深。(4) 由于受水下自然休止角的控制，堆不高，造成坡度很缓、占地面积大、方量多，增加填筑与拆除的工作量。 (5) 在水深流速和风浪大的围堰中，冲蚀严重、边坡不稳定。 特别是在软土地基上的围堰，加之潮涨潮落的水位变化，造成沉移、滑坡倒塌，经常需要修补填筑。方案B（钢板桩围堰）采用拉森钢板桩作为围堰的外壁，在离开驳岸线适当距离后即可施打两排拉森钢板桩，最外侧钢板桩滩地高程也只有-2 。0m。该方案具有施工速度快、建筑拆除也快、稳定性好、防冲蚀、防渗性好的特点。综合比较，推荐方案B，即钢板桩围堰方案
6、。对于施工工期比较紧张的船台工程，该方案具有明显的时间优势。4、钢板桩围堰设计 4.1 平面布置钢板桩围堰平行于驳岸线布置，考虑基坑内施工场地要求，围堰内侧钢板桩距离拟建驳岸线 5m，南北两端垂直转向并延伸至现有驳岸线。形成防汛封闭。围堰中心线长约 362m，其中顺岸围堰长 245m，南侧围堰长36m，北侧围堰长 81m。4.2 结构设计围堰采用拉森钢板桩围堰。围堰内外侧均采用型拉森钢板桩，桩长 15m，桩顶标高 2.8m，桩底标高-12.2m，桩顶设围檩，两排桩间采用钢拉杆连接，拉杆间距 3m。桩距 5m。围堰钢板桩间填粘性土，-0.5m 高程以下及外侧钢板桩内侧抛填袋装土，以增强围堰的抗渗
7、能力。钢板桩围堰完成后，在顶上加筑 0.5m 高袋装土围堰，外海侧设浆砌块石小挡墙，墙底及内侧设防渗土工膜。堰顶高程 3.3m。这样可以增长钢板桩的入土深度，提高围堰的整体稳定性、抗滑性和防渗能力，使围堰设计更加经济合理。围堰外侧抛填块石至-0.5m 高程，抛石平台宽 2m，坡比 1：2。围堰内侧抛填袋装土至-0.5m 高程，顶宽 1m，坡比 1：1。具体结构详见下图。图 1 围堰结构图5、钢板桩围堰计算 5.1 堰顶高程计算按堤防工程设计规范(GB5028698)第 6.3.1 条，堰顶高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定,堤顶超高按下式确定。Y=R+e+A式中:Y堤顶超高(m)；R
8、设计波浪爬高(m)；e设计风壅水面高(m),对于海堤,当设计高潮位中包括风壅水面高度时,不另计；A安全加高(m)。本工程围堰设计标准为非汛期 10 年一遇高潮位加 8 级风下限，经计算，围堰顶高程确定为 3.3m。5.2 外力计算钢板桩主要受土压力（包括主动土压力和被动土压力）、水压力和波浪力作用，还有围顶荷载(填土和施工荷载) 。其中主动土压力：q aA=3.25kPa，q aB=7.53kPa，q aD 上 =18.47kPa, qaD 下=8.78kPa,qaE=42.97kPa；被动土压力：q pD 上 =36.96kPa, qpD 下=22.23kPa, qpE=166.58kPa；
9、水压力：q w=31.4kPa；浪压力：qac=7.07kPa，q oc=21.98kPa，q bc=12.80kPa，q dc=12.68kPa；q=13.0 kPa。计算简图如下：图 2 计算简图5.3 钢板桩入土深度计算钢板桩的外力参照图 2，确定由主动土压力、被动土压力、水压力和浪压力对锚杆安装点的力矩 MEa、M Ep、M Ew 和 MEc ,钢板桩入土深度需满足下面经验公式。 2.1EcwEapF经计算，MEa=3160.84kNm/m、 MEp=10890.38kNm/m、M Ew=3408.82kNm/m和 MEc =158.46kNm/m,F=1.611.2。5.4 堰体宽度
10、计算5.4.1 抗剪稳定抗剪稳定采用下列 Terzaghi 公式进行计算： 7.03tan2MEBK剪式中：M 为外力对基面的力矩， Ea 为围堰中心线上的压力，B=5.0m，内摩察角 =20。经计算， Ea=106.86 kN， M=175.42 kNm， K 剪 =0.740.7。5.4.2 抗倾稳定抗倾稳定公式： 4.15.0MTBGK倾式中： M=175.42 kNm， G 为堰体每延米重， G=304.00 kN， T 为每延米钢板桩与基土的摩阻力， T=300.00 kN， K 倾 =12.881.4。5.4.3 抗滑稳定抗滑稳定公式： 4.12SWEfGK滑式中： G=304.0
11、0 kN， f=tg12.5=0.22， S 为每钢板桩的抗剪力， S=A ， A 为每延米钢板桩的断面积， A=46.5cm2， 为桩的极限抗剪强度， =20， EW=106.86 kN， ES=0,K 滑 =18.041.4。5.4.4 堤基承载力计算根据土的抗剪强度指标，按下列公式确定堤基土承载力特征值： dNcqbNfrdh Cr210dhff经计算，堤基土承载力设计值 =109.70kPa，max=89.80 kPa，地基承df载力稳定。5.4.5 地基土管涌计算地基土的管涌计算应满足下列公式： 5.3s21hBlK式中： =10m， =10m，B=5m， =3.14m。经计算， =
12、7.963.5。1l2l sK5.5 锚杆和钢板桩内力计算5.5.1 锚杆内力计算锚杆的内力采用比较符合实际情况的变位法计算。即假定钢板桩内、外侧板桩由于外力作用产生变位，在拉杆处的内向变位相等。计算公式如下： 5.3)80/()510()( 322321 HCCHPZHP/)2(a1水/)(a2水式中： 为泥面以上主动土压力之和， 为泥面以上水压力和浪压力之和，aP水P为泥面以上水深， 为泥面以上桩长。CH经计算，锚杆拉力为 22.22kN，根据设计资料，锚杆的直径为22， =310N/mm2，根据公式 ,可求出 =117.84kN。若取安全yf AfNyfy系数为 1.5，并考虑到锚杆的间距为 3.0m，可求出锚杆轴向拉力设计值 =99.98 kN。经验算，锚杆的拉力满足强度要求。N5.5.2 钢板桩内力计算钢板桩内力计算可先确定钢板桩剪力为零的位置，然后计算该店的弯矩，即钢板桩的最大弯矩。经计算，钢板桩最大弯矩为 34.75kNm/m。根据钢板桩的结构型式，查得钢板桩的 W=850cm3,=200MPa。按照下列公式验算： Mmax经验算，钢板桩的内力 =40.88MPa， 满足强度要求。5.6 围堰整体稳定计算
