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岩土研究院

钢板桩格体

253 2021-12-21 10:33:34

由格形钢板桩作为主体结构的水工建筑物,与其它结构形式的建筑物一样。除具有足够的强度及稳定性外,尚应满足各种使用要求,要坚固耐久和便于施工。在设计过程中,首先要根据当地的地质、水文、气象等自然条件,结合现场的施工经验、能力、机具设备及建筑材料的来源和建筑物的使用要求, 按照安全耐久、经济合理的原则。 拟定各种适宜的构造措施,即进行构造设计。

钢板桩格体是格形钢板桩结构建筑物的主体部分,它将直接关系到建筑物的强度、稳定性、耐久性、施工难易程度及使用特性,甚至于直接左右着工程造价。在设计中,针对钢板桩格体在构造方面应考虑以下几个问题;

一、钢板桩顶高程

对于围堰等无上部结构的建筑物,板桩顶高程可直接根据使用要求来确定。对于码头、防波堤等上部需设置胸墙的建筑物,一般来说从结构的整体性出发,降低板桩顶高程即可加大胸墙的高度,从而增强建筑物的整体刚性,并有利于胸墙上的防冲、系泊等工艺设施的设置,同时也可以减少钢板桩在强腐蚀区的暴露长度。但对于胸墙或钢板桩桩顶导梁需要现场浇注的情况,板桩顶高程则应适当高出施工水位,以保证现浇工作水上施工。施工水位应根据现浇部分的工作量、施工能力以及水位变化的情况确定,我国有潮港的施工水位一般可采用平均潮位。此外,板桩顶高程还应综合考虑上部构件自身的稳定性及使用要求,且应用时兼顾对经济合理性的影响。

二、钢板桩

1.形式

用于格形结构的钢板桩通常为直腹式钢板桩, 当格体曲率半径很小,钢板桩锁口偏折角无法满足格体的曲度要求时有时采用小折角的曲腹式钢板桩。钢板桩格体之间的接头处通常需要少量的Y形、X形钢板桩。

2.宽度

从尽量减少钢板桩根数, 简化施工和减少钢板桩锁口局部薄弱环节的数量方面来考虑。板桩宽度越大越好。但从格体拼装及沉桩的角度来看,板桩越宽,在同样曲率半径的情况下板桩锁口之间的偏折角也越大, 拼装难度加大,同时,板桩越宽。单根板桩沉入阻力也越大,打桩难度随之加大。故设计中应对上述因素综合加以考虑。此外,钢板桩的宽度还很大程度地受到生产厂家产品规格的限制。

3.厚度

钢板桩的厚度直接关系到格体的强度与耐久性,直接左右着工程造价。钢板桩的厚度一般应根据强度计算的结果加一定的防腐蚀余量来确定, 根据板桩在格体不同部位受力及腐蚀条件的不同,钢板桩厚度在同一格体中可采用不同的几个档次,但应注意锁口的吻合间题。

三、防腐蚀

钢材的锈蚀是格形钢板桩结构的主要缺点之一,它影响着建筑物的耐久性,因此,在设计中必须加以重视。板桩的锈蚀,主要是由其表面的局部微电池造成的电泳反应和氧化反应造成的,它与钢板桩材质、水体、十体的化学成分、空气湿度以及干湿状态等均有关系。具体设计中应该根据上述各种因素综合考虑保护年限,施工、管理及经济等情况。选用相应的防腐蚀措施,进行防腐蚀设计。

四、格形形式

板桩格体可根据具体情况选择不同的平面形状,通常有以下的几种形状可供选择,见图2.1.1。

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I.圆格形

圆格形布置的优点是可以按照逐个格子依次顺序施工,施工过程中格体的稳定性较好;缺点是壁体的宽度受到板桩锁口拉力的限制。此外,圆格形布置形式还有一个突出的特点,就是钢板桩的用量与格形的平面尺寸基本无关。

2.扁格形

赢格形布置的优点是在几种格形中。 钢板桩用量最省。且可以在不增大板桩锁口拉力的情况下,增大壁体的宽度。但在该格体的施工中,各格体只能同时填充,难度很大,只有在结构岸线短,格数很少且填料填充施工能力很强的情况下才有可能采用。

3.四分格形

四分格形又称政瑰格形,该格形布置的优点是各格体可以单独填充,壁体的宽度不受板桩锁口拉力的限制,且施工过程中格体的稳定性好,但其最大的缺点是板桩用量大。除非壁体宽度特别大,其它布置形式无法满足要求,否则,是不经济的。

4.偏圆格形

偏圆格形布置的特点与圆格形比较类似,并且格体拼装更简单,所不同的是,在施工过程中,必须每两个格子同时填充。此外,这种格形的最大缺点是接头处板桩锁口拉力过大,在较大尺度的格体中不宜采用。

从目前国内外的情况看,除了圆格形外,其它的格体布置形状几乎无采用的先例。

五、格体排水设施

由钢板桩构成的格体墙壁,一般来说是不透水的。由于板桩中极大的拉力,锁口之间咬合的很紧,并且在刚施工完毕时即使有些漏水,但经过一段时间后,由于锁口锈蚀产生的氧化物及渗流中夹带的细颗粒物质会很快把缝隙堵死。这样,在水位变化较大的情况下,在板桩格体内及格形壁体后侧将出现很大的剩余水头。 此水头产生的剩余静水压力增加了板桩锁口的拉力及格体所受的水平力。为了减小或消除剩余水压力,可考虑在板桩壁上设置排水孔。排水孔的孔径和间距应根据墙前水位变化幅度及填料的渗透性来确定,孔径一般可采用4 ~6cm,间距竖向可采用1~2m,横向可采用2~4m,排水孔应设在低水位以下。因格形结构存在前后二层板桩墙, 为实现泄水,前后壁均应设排水孔,后壁开孔率一般可取与前壁相同或略大。在格内填料颗粒较细的情况下在前壁排水孔后侧应设置倒滤棱体。以防止格内填料流失;在格内与格后填料粒径相差较大的情况下,后壁排水孔处也应设置倒滤棱体,以防止细颗粒填料进入粗颗粒填料的缝隙内,此时棱体通常设置在粒径较小的填料一方。排水孔倒滤棱体的作用不仅要保证填料的隔离、防漏,同时还要保证渗水性良好,故不宜采用土工布等编织材料取代,以防细颗粒及有机物质沉积,影响透水性能。倒滤棱体构造见图2.1.2。

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