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钢板桩围堰设计

369 2021-05-08 10:30:26


围堰的作用是将施工区域与外面的土和/或水隔离开来。通常情况下没有必要完全排干水,这在某些情况下也是不可能的,但是计算中必须考虑水的渗透作用。

对于地下室结构,设计师应该将围堰与永久结构结合起来考虑。将钢板桩作为永久结构墙,可以大大降低工期和费用,墙体可以设计成能够承受竖向承受荷载的形式,详见第7章。采用适当的密封系统可以做到完全防渗,有关密封系统的信息可以参阅第 8 章的内容。

对于地表沉降控制要求较严的区域,应考虑逆作法施工。这样做的目的是在开挖之前,桩顶的位移就被地面处的支撑约束住了,同时也消除了临时支撑拆除后,侧向土压力传递至主体结构而产生的附加位移。

围堰有两种基本类型,最常见的是单排围堰,但是对于规模很大或开挖较深的工程,以及海洋工程,采用双排围堰或重力式格型围堰更合适。

5.2 钢板桩围堰设计总则

5.2.1 设计准备

设计围堰前必须要明确施工工序,考虑围堰施工及拆除过程中的荷载情况。设计师可以根据这个顺序确定临界设计条件,计算最小嵌入深度,弯矩和剪力,并由此求出板桩的截面和桩长。

作为施工分析的一部分,设计师应该对任何偏离计划工序的结果进行风险评估。这种偏离包含多种情况∶某一阶段的超开挖;钢板桩不能达到所需的嵌入深度;支撑安装在错误位置;由于施王设备或材料引起的巨大超载。

绝大多数围堰都是临时结构,因此设计时考虑所有可能的荷载是不经济的,需要根据现场情况,确定围堰可接受的风险水平,在考虑围堰所受的水压时,可能会出现这种情况,例如,洪水是季节性的,如果将围堰设计成在任何情况下都能把水挡住,就会明显增大钢板桩的尺寸和强度,同时也会增加支撑用量。极端洪水条件下,围堰设计理念应包含暂时中止堰内施工、撤离围堰,允许洪水淹没围堰等。这种情况下,设计师必须要考虑洪水溢出,包括洪水突然进入围堰造成的影响,以及洪水消退后堰内滞水对稳定的影响。

开始施工之前,应清理施工场地,以便搭设导向框架及设备就位。在开挖之前,所有的设备和材料(包括泵送设备)都必须准备好。

一旦开挖完成,就要对围堰和支撑进行监测,确保正常运作,对有安全隐患的问题要尽早提出警报。监测时需做好监测记录——在英国这是法定要求。下面列出了一些可能导致工程破坏的因素,从中可以看出有相当一部分与围堰施工完成以后出现的问题有关。

5.2.2 破坏原因

导致围堰破坏的原因有很多种,在实际应用中一般可以归结为以下几点;

(1)在结构的设计和安装过程中,缺乏对细节的关注。

2)对水位和环境的可能变化缺少考虑。

(3)对开挖过程中遇到的新情况,没有进行及时校核。

(4)施工过程中超挖。

(5)支撑设计不当或支撑力不足(数量和强度)。

(6)在设计中没有考虑作用在支撑构件上的荷载,例如作用在支撑上的走道、材料、泵等荷载。

(7)结构构件上的意外损坏没有及时修复。

(8)板桩入土深度不足,不能预防管涌或隆起,没有考虑管涌或隆起对土压力的影响。

(9)围堰设计人员与主体结构设计人员,设计人员与现场管理人员,或管理人员与操作工人之间缺少充分的信息交流。

很多情况下,工程事故可能是以上多种因素共同作用的结果。 5.2.3 设计要求

围堰设计必须满足下列要求;

(1)围堰必须能够承受作用在其上的各种荷载。

(2)控制渗入围堰内的水量,用泵抽干。

(3)在每介施工阶段都必须保证施工面稳定,不发生不可控制的隆起、流沙或管涌。

(4)围堰墙体和支撑变形不能影响围堰附近的永久结构或其他既有结构。

(5)必须保证斜坡或潜在滑动面导致土体失衡时能够维持堰体整体稳定。

(6)围堰大小必须合适,能够满足其内部结构的施工要求。

(7)临时围堰必须要能够最大限度地回收和重复利用建筑材料。

 5.2.4 设计参数

为了恰当地选取拟建围堰场地的土质参数,必须先确定围堰的使用期限。由于围堰属临时结构,大多数情况下可以选择总应力参数。但是,设计师必须要考虑到黏性土的固结特性,如果有任何不确定因素就要用有效应力参数进行验算。

根据经验,建议对使用期限为3个月及3个月以上的围堰采用有效应力强度参数进行分析。对含有粉土夹层的黏土而言,由于会很快达到排水状态,因而对使用期限较短的围堰也应采用有效应力参数。

5.2.5 支撑布置

围堰结构设计中,支撑布置是最关键的。支撑的竖向布置决定了板桩的弯矩,水平布置决定了结构内部施工的难易度。为了确保主体结构的完整性,支撑布置必须与永久结构施工联系起来,尽可能减小对主体结构的干扰,总体原则是尽可能简化。

支撑架的位置应确保混凝土板浇筑完毕之后,且在拆除支撑时,荷载能传递至主体结构上。在设置支架时,还要考虑上下两道支撑之间的净空。

应尽可能优化支撑布置,以形成大的作业空间,且避免采用超大截面的结构构件,这往往需要丰富的设计经验。

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