溫福波
(遼寧省營口市鲅魚圈區水利局,遼寧 營口 115007)
鲅魚圈海濱浴場海堤工程堤防整治基本按原堤防線進行規劃布置,整治的原則是首先保證防洪安全,其次是海堤景觀建設。
工程具體布置:新建海堤長734m,堤腳及迎水坡采用混凝土預制件拼裝方案,堤腳為5m鋼板樁,堤坡由3種型式的預制板與預制臺階拼裝組成;景觀臺布置數量5個,景觀臺間距100m,景觀臺尺寸長20m,寬5.4m,景觀臺高2.6m;綠化及亮化工程。
鲅魚圈海堤工程位于營口開發區,在鲅魚圈月亮湖公園西南側,金泰酒店北側,海堤走向為東北-西南,長度約734m,處于二道河河口與號房河河口之間,樁頂地面標高為1.75m(港口高程),基礎最大沖蝕深度1-2m,預設計采用拉森鋼板樁打入深度5m,中間不設支撐。
基礎所處范圍內地層分布情況如下:
①粉質黏土: 淺黃色,可塑,含鐵錳質結核。僅見于1號孔, 層厚2.8m。
②粗砂: 黃褐色,中密,濕,水下飽和,成分為長石、石英,含少量圓礫及黏性土夾層。局部夾礫砂。該層在各孔中均有揭示,層厚1.8-4.3m,層底埋深4.1-4.6m,層頂高程-2.30-1.10m(注:黃海高程)。
③中粗砂: 黃褐色,密實,飽和,成分為長石、石英,局部含少量圓礫及黏性土薄夾層。該層在各孔中均有揭示,層厚2.5-4.4m,層底埋深6.8-8.8m,層頂高程-3.00-4.10m。
④礫砂:黃褐色、飽和,中密-密實,礫含量25-35%, 礫徑2-20mm,大者20-30mm,呈次棱角狀,成分較雜,局部混少量黏性土。該層僅在2#、4#孔中有揭示,層厚1.1-2.3m,層底埋深7.9-9.2m,層頂高程-5.80-6.00m。
⑤中砂:黃褐色,密實,飽和,粒徑均勻,礦物成分以長石、石英碎屑為主,局部夾粉砂及粗砂層。該層在各孔中均有揭示,本次勘察未穿透該層,最大揭露厚度4.1米。
⑤1粉質黏土: 黃褐色,可塑,含鐵錳質結核。僅見于3號孔。該層在僅在3#孔中揭示,層厚2.5m。
1)施工荷載均勻分布20kPa。
2)水土壓力分算,土體力學指標取直剪固結快剪峰值的平均值。
3)結構設計中取綜合安全系數。
采用相當梁法進行計算如下,
1)粉質黏土φ=18.9°,粗砂φ=30.9°,土體力學指標加標平均得:
φ=24.9°
主動土壓力系數Ka=tg2(45-φ/2)=0.407
被動土壓力系數Kp=tg2(45+φ/2)=2.45
主動土壓力Pa=(q+Σri×hi)×Ka= (20 + 19.8×2) × 0.407=24.26kPa
被動土壓力Pp=Σri×hi×Kp=19.8×3×2.45=145.53kPa
2)水壓力計算(按靜水壓力計算):
rw×Δhw1=10×2=20kPa
rw×Δhw2=10×3=30kPa
3)水土壓力之和:
主動側:Pa+rw×Δhw1=24.26+20=44.26kPa
被動側:Pp+rw×Δhw2=145.53+30=175.53kPa
4)內力計算(按相當梁方法):
考慮板樁板墻與土體的磨擦作用,將板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(為安全起見,對主動土壓力側不予折減):
墻前:Kp1=K1×Kp=1.7×2.45=4.165
墻后:Kp2=K2×Kp=0.55×2.45=1.348
主動土壓力與被動土壓力之和為0點到開挖面的距離:
(1)
用相當梁計算:
44.26×2×1/2=44.26kN
44.26×1.09×1/2=24.12kN
M= (1.09 + 2×1/ 3) ×44.26+ 24.12×2/3×1.09 = 95.28kPa
采用拉森式鋼板樁取1m 做為計算單元,型號為WRU23。拉森鋼板樁規格見表1。
表1 拉森鋼板樁規格表
wx=2318cm3
鋼板樁正應力:
σ=M/Wx=95.28×103/(2.318×10-3)=39.65×106(N/mm2)
小于鋼材的設計應力210N/mm2
5)插入深度:
P0=44.26+24.12=68.38kN
(2)
t0=y+x=1.09+2.35=3.44m
t=t0×K=3.44×1.1=3.78m
樁長:
T=t+h0=3.78+2.0=5.78m
T=t+h0=3.78+1.0=4.78m
當鋼板樁靠海側沖蝕深度為2m時,需要鋼板樁長度為5.78m;當鋼板樁靠海側沖蝕深度為1m時,需要鋼板樁長度為4.78m??紤]到海堤的實際運行條件,當海面沙灘沖蝕深度超過1.0m時即影響海灘的景觀效果,需要采用推土機將流失的沙土推平,保證游人娛樂的需要,同時鋼板樁上部設有0.5m高的鋼筋混凝土帽梁保護鋼板樁,因此,本設計鋼板樁總長度為5m。
6)因板樁前砂土沖蝕深度大約為1m,基坑開挖深度較淺,基坑抗隆起,抗管涌根據經驗不做計算。
7)抗傾覆穩定性驗算:
被動側壓力: Pp=175.53×3×1/2=263.30kN
作用點距水土壓力為0 點距離:
dp=(3-1.09)×2/3=1.27m
Mrc=263.30×1.27=334.39(KN.M)
主動側壓力Pa1: Pa1=44.26×2×1/2=44.26KN
距水土壓力為0 點距離
da 1=2×1/3+1.09=1.76m
主動側壓力Pa2: Pa2=24.26×3=72.78KN
距水土壓力為0 點距離
da 2=3×1/2-1.09=0.41m
主動側壓力Pa3: Pa3=20×3×1/2=30KN
距水土壓力為0 點距離:
da 3=3×1/2-1.09=0.41m
Moc=Pa 1×da 1+Pa 2×da 2+Pa 3×da 3=
=44.26×1.76+72.78×0.41+30×0.41=120.04kN·m
Kq=Mrc/Moc=334.39/120.04=2.79>2 滿足要求。
在轉角處的支護鋼板樁,應根據轉角的平面形狀做成相應的異形轉角板樁。板樁總厚度為9mm,按運行30a計算,扣除腐蝕厚度之后,約余6mm,鋼板樁正應力亦滿足要求。
護岸采用鋼板樁護腳,鋼板樁安裝采用一臺125t汽車式起重機安裝施工。
1)鋼板樁進場應具有產品出廠質量證明文件,鋼板樁品種、規格和材質應按批次進行驗收,其結果應滿足設計要求,并符合現行國家產品標準或合同的規定。
異型鋼板樁的加工制作應滿足設計要求、國家現行標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205)、《建筑鋼結構焊接技術規程》(JGJ81)和《水運工程質量檢驗標準》(JTS257)的有關規定。加工后鋼板樁的鎖口應保持平直、通順。異型鋼板樁制作的允許偏差應符合有關規定。
2)打設鋼板樁。鋼板樁的施工工藝流程為:吊起振動錘—安裝錘夾器—同時吊起鋼板—夾住鋼板—吊動鋼板對中調校垂直、周正—開動振動錘緩慢振動鋼板入土—至設計深度—振動錘移位。通過上述工序循環將帶鎖口的拉森鋼板樁按設計位置打入土中。
施工中應注意的事項:①在正式打樁前一般要先清除地下障礙物和試樁,以掌握各項參數是否正常。② 正式打樁時從轉角的位置開始打入。
3)帽梁澆筑:鋼板樁安裝完成后,將進行鋼筋綁扎,支模板、澆筑混凝土,使所有插入的鋼板樁從頂端聯結成一個整體。
工程先施工堤腳鋼板樁,其優點是施工工序少、施工進度快,在陸地、沼澤地、水域中均可施工,避免了修筑圍堰和降水所引起的工期長、土方量大的缺點。因此本工程主體工程施工不修筑施工圍堰。
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