□趙斌 蘇超

取水工程鋼板樁格形圍堰設(shè)計(jì)

□趙斌 蘇超

鋼板樁格型圍堰體形相對(duì)較小，易于布置，每個(gè)格體自成單元，已建格體可作相鄰格體施工平臺(tái)，可在流水中施工，隨建隨填，當(dāng)空間受限或河床較窄的情況下，這種圍堰工程布置具有優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合工程實(shí)際介紹鋼板樁格型圍堰的設(shè)計(jì)方法，為類似工程提供參考。

鋼板樁格形圍堰；圓形格體；穩(wěn)定驗(yàn)算

土石圍堰具有施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低、等優(yōu)點(diǎn)，是水利工程施工導(dǎo)流常用的臨時(shí)建筑物。但有些時(shí)候，受客觀條件限制，在空間上土石圍堰難以滿足工程布置要求。鋼板樁格型圍堰體形較小，能夠很好的解決空間不足的問(wèn)題。本文結(jié)合實(shí)際取水工程介紹該圍堰的設(shè)計(jì)方法。

1.工程概況

某取水工程擬建泵站位于黃河岸邊、現(xiàn)有稀土公司取水口下游，與該取水口相距20m，站址處河道寬150m左右，河底平均高程1370.0m。泵站采用合建式岸邊取水泵房，由取水頭部、水泵室、變配電室等部分組成。泵房基礎(chǔ)采用板式基礎(chǔ)，底板厚1.5m，建基面高程1367.5m。泵房地基采用砂卵石換填，換填高程范圍1366.4m～1367.5m。

2.導(dǎo)流方式

工程導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。黃河為季節(jié)性河流，汛期流量較大，工程區(qū)冬季氣溫較低，綜合考慮，取水泵站圍堰施工時(shí)段定為4月1日至6月30日。經(jīng)計(jì)算，導(dǎo)流時(shí)段內(nèi)站址附近黃河5年一遇洪峰流量為2230m3/s。

受客觀條件限制，工程擬建泵站與上游已建取水口相距僅20m，若采用普通土石圍堰，施工空間不足。為保證不影響上游已建取水口正常引水，同時(shí)保證黃河充足過(guò)水?dāng)嗝?，本工程岸邊擋水圍堰采用鋼板樁格型圍堰?/p>

3.圍堰設(shè)計(jì)

鋼板樁格形圍堰有圓形格體、鼓形格體、花瓣形格體等型式，考慮到便于施工，工程采用圓形格體圍堰。該型式有以下特點(diǎn)：每個(gè)格體自成單元，一個(gè)破壞，不影響相鄰格體；易于布置，可單獨(dú)使用，與其他建筑物連接方便；已建格體可作相鄰格體施工平臺(tái)；在流水中施工，可隨建隨填，不留空格。

圍堰設(shè)計(jì)基本計(jì)算參數(shù)如下：

格體內(nèi)填筑砂卵石，填料內(nèi)摩擦角φ=33°，天然容重γ=20kN/m3，浮容重γ’=12kN/m3。

站址處施工期天然河道5年一遇洪水位1375.7m，河床平均底高程1370.0m。

泵房基坑底高程1366.4m，地基土、巖分界線高程1366.9m～1367.5m。

根據(jù)擋水及基坑開(kāi)挖情況，擬定圍堰自基坑底算起的高度為11m，參照已建工程查相關(guān)表格，圍堰圓形格體主倉(cāng)格直徑D取12.74m，相鄰主倉(cāng)格中心距2L=14.05m。

工程堰體建于巖基，且堰體不高，地基承載力、整體滑動(dòng)穩(wěn)定性不再驗(yàn)算，堰體計(jì)算主要包括：格形堰體抗剪切穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。圓形格板樁圍堰采用等面積的矩形格體圍堰替代進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，驗(yàn)算按平面問(wèn)題取單位長(zhǎng)度圍堰進(jìn)行。

3.1 抗剪切穩(wěn)定驗(yàn)算

格形堰體抗剪切穩(wěn)定性以允許安全系數(shù)控制，一般為1.25～1.5，工程堰體不高，取平均值1.37?？辜羟蟹€(wěn)定安全系數(shù)K計(jì)算公式為：K=Mt/Md

式中：

Mt—倉(cāng)格填料和板樁鎖口摩擦力對(duì)堰體計(jì)算底面處產(chǎn)生的抵抗力矩，（kN×m）；

Md—計(jì)算底面以上堰體前的荷載對(duì)堰體計(jì)算底面處產(chǎn)生的傾覆力矩，（kN×m）。

格形堰體抵抗力矩Mt采用北島法計(jì)算，計(jì)算公式為：Mt=Mt0+Mts

倉(cāng)格填料產(chǎn)生的抵抗力矩Mt0= (1/6)×γ×R0×

板樁鎖口摩擦力產(chǎn)生的抵抗力矩

式中：

γ—填料容重，（kN/m3）；

H0、Hs—換算堰體高度，（m）；

B—換算堰體寬度，（m）；

φ—堰體內(nèi)部填料內(nèi)摩擦角；

f—板樁鎖口摩擦系數(shù)。

3.2 抗滑、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

堰體抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算公式與重力式擋墻計(jì)算公式相同，本文從略。抗滑允許安全系數(shù)一般為1.25～1.5，工程取平均值1.37，抗傾覆允許安全系數(shù)一般為3～3.5，工程取3.25。

堰體所受荷載包括靜水壓力、浪壓力、土壓力、重力等，按相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算安全系數(shù)均小于允許安全系數(shù)，所擬定格形圍堰尺寸合理，滿足穩(wěn)定安全要求。

4.結(jié)語(yǔ)

與土石圍堰相比，鋼板樁格形圍堰造價(jià)高，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，但它也有自己的特點(diǎn)，如：斷面尺寸小、抗沖能力強(qiáng)、修建時(shí)可進(jìn)行干地施工或水下施工、鋼板樁回收和重復(fù)使用率較高等，在施工空間受限或河床較窄的情況下，其優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。工程充分發(fā)揮鋼板樁格形圍堰的優(yōu)勢(shì)，在有限空間內(nèi)修建臨時(shí)擋水建筑物，確保了主體工程的順利施工?！?/p>

2016-05-06

趙斌，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師。

蘇超，男，漢族，南水北調(diào)中線建管局河北分局，高級(jí)工程師。