取水工程鋼板樁格形圍堰設計

□趙斌 蘇超

取水工程鋼板樁格形圍堰設計

□趙斌 蘇超

鋼板樁格型圍堰體形相對較小，易于布置，每個格體自成單元，已建格體可作相鄰格體施工平臺，可在流水中施工，隨建隨填，當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。本文結合工程實際介紹鋼板樁格型圍堰的設計方法，為類似工程提供參考。

鋼板樁格形圍堰；圓形格體；穩(wěn)定驗算

土石圍堰具有施工簡便、造價低、等優(yōu)點，是水利工程施工導流常用的臨時建筑物。但有些時候，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題。本文結合實際取水工程介紹該圍堰的設計方法。

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。泵房基礎采用板式基礎，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.導流方式

工程導流建筑物級別為5級，導流標準為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段定為4月1日至6月30日。經(jīng)計算，導流時段內站址附近黃河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，同時保證黃河充足過水斷面，本工程岸邊擋水圍堰采用鋼板樁格型圍堰。

3.圍堰設計

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：每個格體自成單元，一個破壞，不影響相鄰格體；易于布置，可單獨使用，與其他建筑物連接方便；已建格體可作相鄰格體施工平臺；在流水中施工，可隨建隨填，不留空格。

圍堰設計基本計算參數(shù)如下：

格體內填筑砂卵石，填料內摩擦角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表格，圍堰圓形格體主倉格直徑D取12.74m，相鄰主倉格中心距2L=14.05m。

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

3.1 抗剪切穩(wěn)定驗算

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計算公式為：K=Mt/Md

式中：

Mt—倉格填料和板樁鎖口摩擦力對堰體計算底面處產生的抵抗力矩，（kN×m）；

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

格形堰體抵抗力矩Mt采用北島法計算，計算公式為：Mt=Mt0+Mts

倉格填料產生的抵抗力矩Mt0= (1/6)×γ×R0×

板樁鎖口摩擦力產生的抵抗力矩

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—堰體內部填料內摩擦角；

f—板樁鎖口摩擦系數(shù)。

3.2 抗滑、抗傾覆穩(wěn)定驗算

堰體抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性驗算公式與重力式擋墻計算公式相同，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，按相關公式進行計算。經(jīng)計算安全系數(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.結語

與土石圍堰相比，鋼板樁格形圍堰造價高，施工工藝相對復雜，但它也有自己的特點，如：斷面尺寸小、抗沖能力強、修建時可進行干地施工或水下施工、鋼板樁回收和重復使用率較高等，在施工空間受限或河床較窄的情況下，其優(yōu)勢就非常明顯了。工程充分發(fā)揮鋼板樁格形圍堰的優(yōu)勢，在有限空間內修建臨時擋水建筑物，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設計研究院，高級工程師。

蘇超，男，漢族，南水北調中線建管局河北分局，高級工程師。