水中承台钢板桩围堰数值模拟及稳定性验算研究

刘园园/LIU Yuan-yuan

(中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400)

1 工程概况

蒙华铁路MHTJ-26 标项目跨华洪运河特大桥51～54#墩为40m×56m×40m 连续梁形式跨越华洪运河。52#、53#桩基作业面位于河道内，施工采用钢板桩围堰作业，设计钢板桩顶标高84·775m，混凝土封底厚度为1·5m，钢板桩顶至封底砼底深度9·099m。华洪运河连续梁承台尺寸14·3m×9·2m×3·5m，承台垫块尺寸7·8m×4·6m×1·5m，墩身高度13m。

根据地勘资料显示，52#墩地质资料及土层参数如表1 所示。

表1 52#墩土层参数表

2 方案选定

2.1 材料选型

1)钢板桩 钢板桩采用拉森Ⅳ型锁口钢板桩，桩长15m，围堰尺寸21·3m×12·2 m，比承台外边缘大1·5m，钢板桩咬合紧密，有止水作用。材质采用Q345bz，容许弯曲应力[σ]=310MPa。

2)围囹及斜撑 根据以往的工程案例及经验，现在有两种围囹方案供参考如下。方案一：内侧围囹及斜向支撑采用三拼I56a 工字钢，纵向支撑采用双拼630×8mm 钢管，斜向支撑采用630×8mm 钢管[1]，上中层两道采用三拼工字钢，中间两道纵向支承，按一定间距布置。方案二：内侧围囹及斜向支撑采用双拼500×200H型钢[2]，纵向支撑采用双拼630×8mm 钢管，斜向支撑采用630×8mm 钢管，中间两道纵向支承，按一定间距布置。

2.2 钢材用量分析

钢材用量如表2 所示。

表2 钢材用量

从表2 可知，满足技术、安全要求的情况下，采用方案二比方案一每个围囹节省钢材36·74t。

3 数值模拟分析及验算

3.1 数值模拟计算方法

钢板桩围堰入土部分受土压力嵌固作用，围堰上端采用内支撑支撑[3]（弹性材料，属于弹性支撑)。计算时将内支撑假定为钢板桩的刚性支撑，计算出钢板桩作用于圈梁的反力，进一步推算出钢板桩与内撑连接处的最大位移[4]。……