钢板桩围堰支撑方案变更计算分析

2016-11-10陈青华刘信朱坦孙辉

安徽建筑 2016年4期

关键词：围堰设计方案钢板

陈青华，刘信，朱坦，孙辉

（1.阜阳市重点工程建设管理局，安徽　阜阳　236000；2.合肥工业大学，安徽　合肥　230009；3.霍山县路灯管理所，安徽　六安　237200）

钢板桩围堰支撑方案变更计算分析

陈青华1，刘信2，朱坦2，孙辉3

（1.阜阳市重点工程建设管理局，安徽阜阳236000；2.合肥工业大学，安徽合肥230009；3.霍山县路灯管理所，安徽六安237200）

钢板桩围堰的支撑体系空间的布置，对围堰的变形和受力有着较大的影响，其合理与否直接影响着结构和施工的安全性。以在建的阜阳市东环路颍河大桥为工程背景，计算了围堰受到的水压力和土压力，建立有限元模型，对两种支撑体系设计方案进行计算和对比分析，验算结构的变形和受力，验证了改进方案的可行性。

钢板桩围堰；支撑；围囹；土压力

0　引言

钢板桩围堰作为一种比较成熟的桥梁深水基础施工的围堰方式，当前在我国已被广泛应用。单排钢板桩围堰，其内部由多道支撑进行支护，工序复杂，支撑的数量和布置位置对围堰的受力和施工难度有着较大的影响。本文结合某颍河大桥钢板桩围堰支撑布置方案的变更，计算分析新方案的可行性，可为类似工程提供参考依据。

1　工程概况

在建颍河大桥围堰的设计承台断面尺寸为（长）34m×（宽）14m×（高）5m，围堰尺寸为36m×16m，采用长为24m拉森FSPIV型钢板桩，施工常水位为24.500m，河床标高为21.500m，桩底标高为2.500m。

原设计方案中，共布置7根支撑和围囹，因现场施工需要，后改为现在的6根支撑和围囹布置方案，变更前后支撑布置方案如图1、图2所示。

2　土压力计算

目前的钢板桩围堰设计计算中，大多采用土体与围堰结构分离的简化计算方法，作用在钢板桩围堰外侧的土压力通常采用朗肯主动土压力，内侧通常采用朗肯被动土压力。由于朗肯理论假定墙-土之间无摩擦，故土压力方向垂直指向钢板桩板身。

图1　原设计方案钢板桩围堰里面布置图

图2　现设计方案钢板桩围堰里面布置图

本文只考虑最后一个施工工况：所有支撑安装完毕后，围堰内继续抽水吸泥至设计标高（原方案为8.259m，现方案为8.759m）。封底混凝土标高以下桩身，近似考虑为完全固结，故桩身内部的被动土压力不进行计算，只计算桩身外部的主动土压力。

粘性土朗肯土压力计算公式为：

土压力分布如图3所示。

图3　土压力分布图

3　钢板桩围堰有限元模型

在该大桥钢板桩围堰模拟分析中，围堰用MIDAS/CIVIL中的壳单元来模拟，围囹和支撑采用梁单元进行模拟。荷载用计算得到的主动土压力以面荷载的形式加到壳单元上面，封底混凝土标高以下围堰用全固结边界条件模拟。如图4、图5所示。

图4　现设计方案钢板桩围堰有限元模型

图5　原设计方案钢板桩围堰有限元模型

4　钢板桩围堰计算分析

4.1桩身变形对比分析

分别计算钢板桩在该工况下，沿X方向（纵桥向）和Y方向（横桥向）的变形值，如图6、图7所示。

图6　现设计方案钢板桩沿X方向变形

图7　现设计方案钢板桩沿Y方向变形

分析可知，在该工况下，原设计方案X方向、Y方向的最大变形值分别为9.58mm、8.13mm，现设计方案X方向、Y方向的最大变形值分别为 9.99mm、7.66mm，变形最大值都发生在围堰中间位置。方案改进后，X方向变形值变大，而Y方向变形值却有所减小。两种方案都是X方向变形值大于Y方向变形值，均小于桩身允许变形，故两种方案都符合要求。

4.2围囹和支撑变形对比分析

分别计算围囹和支撑在该工况下，沿X方向（纵桥向）和Y方向（横桥向）的变形值，如图8、图9所示。

图8　现设计方案围囹和支撑沿X方向变形

图9　现设计方案围囹和支撑沿Y方向变形

分析可知，在该工况下，原设计方案X方向、Y方向的最大变形值分别为9.56mm、7.76mm，现设计方案X方向、Y方向的最大变形值分别为 9.63mm、7.66mm，变形最大值都发生在围堰中间位置。方案改进后，X方向变形值变大，而Y方向变形值却有所减小。两种方案都是X方向变形值大于Y方向变形值，均小于桩身允许变形，故两种方案都符合要求。

4.3桩身应力计算

该工况下，桩身的应力计算结果如图10所示。