浅谈钢板桩在荷塘中心河整治工程中的应用

　　【摘要】钢板桩防护在基坑防护中已经得到广泛应用，但对这类结构在本地区的水利工程中的认识还很不充分。本文通过实际工程中的钢板桩应用，分析了钢板桩结构受力情况，可供类似工程参考。
　　【关键词】钢板桩，支护，河道综合整治
　　钢板桩起始有冷弯薄壁轻型和热轧型，由于前者具有较大的加工、使用局限性，因而，热轧钢板桩成为目前钢板桩产品的主流。20世纪50年代，我国首次在铁路桥梁围堰施工中，由铁道部大桥局从原苏联引进使用。随着我国经济的快速发展，钢板桩支护在水利行业得到广泛应用。
　　1工程概况
　　江门市蓬江区荷塘镇中心河是贯穿该镇南北的一条重要排洪渠，原河床宽10－24m，河底高程深约为－1.0m（珠基）。新建箱涵总宽13.05m，高6.7m，河道左岸是双车道混凝土路面，右岸是2-5层住宅，距离原浆砌石墙较近，约3-6m。由于经济发展迅速，交通车辆增多，现有左岸路面宽度已经不能满足日益繁忙的交通要求。为提高河道的排涝能力，改善中心河左岸道路的交通状况，荷塘镇政府于2008年对中心河田心段进行了综合整治。整治内容包括在河道位置新建箱涵，箱涵顶兼作交通道路，建成后结合原有左岸路面重新规划为双向双车道沥青路面，断面见图1，首期整治长度为648m。
　　新建箱涵基本布置在原河道位置，由于受到工程地形条件的制约，箱涵的基础不能大开挖，必须进行支护。据以往的经验，一般采用松木桩、钢板桩、灌注桩等进行支护，根据本工程属在河道上建设有度汛要求的特点，工程水下部分必须在枯水期完成，要求施工速度快。经比选，钢板桩结构具有重量轻，强度高，锁口紧密，施工方便，施工速度快等优点，因此，采用钢板桩支护作为本工程的支护方案。
　　根据地质勘查报告显示，基岩面起伏较大，强风化花岗岩岩面高程-6.5～-21m，岩面以上主要为砂壤土及填筑土层，地质条件良好。
　　2钢板桩支护方案
　　2.1钢板桩初步布置
　　根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，初步选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好。钢板桩采用密扣，选用长度9～12m，要求钢板桩入土深度不小于桩长0.5倍，实际桩长按以下计算确定。为减少桩顶位移，桩顶采用Φ400钢管作为横向支撑，间距4m，钢板桩桩顶与钢管之间设H400围檩，相互之间焊接牢固，以增强钢板桩整体性。钢板桩布置见图2、图3。
　　(1)钢板桩参数:截面抵抗矩：拉森-Ⅳ型;每根w=362cm3，每m钢板桩w=2270cm3/m。
　　(2)钢材抗弯强度设计值:钢板桩钢材采用Q235钢，抗弯强度设计值f=215N/mm2。
　　以上钢板桩参数来自厂家，不同厂家生产的钢板桩上述参数可能稍有差异，但对本计算影响不大。
　　
　　2.2计算钢板桩入土深度
　　根据钢板桩入土的深度较浅，按单支撑挡土桩桩计算，假定上端为铰结无移动，下端简支。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如图4。
　　（1）土压力计算
　　基坑支护土压力按朗肯理论计算。根据图示，桩顶以上土层厚h1=1.5m，产生的荷载强度q1=rh1=19.5×1.5=29.25kN/m2，桩后填土表面考虑小型施工车辆行走，将对钢板桩产生附加的应力，根据经验，车辆荷载取q2=20kN/m2,则桩顶均布荷载q=q1+q2=29.25+20=49.25kN/m2。主动土压力和被动土压力计算结果如下：
　　，
　　。
　　其中：土的内摩擦角=26o，土的重度r=19.5kN/m3。
　　,.
　　（2）桩的埋入深度计算
　　根据《深基坑支护设计与施工》里单支撑（锚杆）挡土桩墙的计算理论，对A点取矩，得，用试算法求得，即钢板桩入土最小深度为4.03m，设计将x乘1.1～1.2，则钢板桩总长为6+4.03×1.2=10.84m，实际桩长取12m。
　　2.3横向支撑选型
　　（1）横支撑力计算
　　对B点取矩，，代入以上已有数据，得。
　　（2）横向支撑选型
　　根据横向支撑最大受压力Ta=169.79kN，拟初步采用Φ400×8钢管，其截面积。横向支撑间距离取4m，验算受压强度是否满足强度要求，,强度足够。
　　（3）横向支撑稳定计算
　　经计算，Φ400×8钢管惯性矩，回转半径，长细比，满足长细比要求。查表C-2,得，则，整体稳定性满足要求。
　　2.4、钢板桩受弯强度验算
　　（1）钢板桩最大弯矩计算
　　最大弯矩在剪力为零处，从桩顶往下y处剪力为0，则,计算得，最大弯矩为。
　　（2）钢板桩受弯强度验算
　　
　　抗弯强度满足要求
　　综上所述，选用拉森Ⅳ号钢板桩、桩长12m是合适的。
　　3钢板桩施工注意事项
　　1、打桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，主要位于原挡墙底板下，估计是原挡墙的抛石基础，导致钢板桩打入困难，由于此时桩的入土深度还很小，可以把桩拔起稍移位再打，但必须保证相邻的钢板桩相互扣紧。
　　2、钢板桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。
　　3、在基础局部较软处，有时发生施工当时将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在钢板桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。
　　4．拔桩：基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。拔桩是关键的一步，由于拔桩时会带出土粒形成空隙，土层可能受到扰动影响周围建筑安全。根据沉桩情况确定从钢板桩插入土层较浅的开始，采用间隔拔的方法。对拔桩造成土的孔隙要及时用石屑回填并冲水夯实。
　　5.在钢板桩支护期间，要求加强钢板桩及左右岸建筑物的变形观测，发现桩顶向基坑内的偏移量在2～5cm之间，变形量较小。
　　4结语
　　本工程钢板桩支护是一个难点，由于采用了钢板桩支护，使得施工顺利进行，施工质量较好，在一个枯水期内便完成了整个水下结构部分。通过本工程钢板桩支护的应用，积累了一定的经验，为以后的相关设计提供了借鉴。
　　参考文献：
　　[1]水工挡土墙设计规范（SL379-2007）
　　[2]余志成施文华深基坑支护设计与施工中国建筑工业出版社
　　[3]水工挡土墙设计中国水利水电出版社