一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，屬于水利工程建設(shè)領(lǐng)域。一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)包括迎水面鋼板樁和背水面鋼板樁，鋼板樁之間填筑粘性土形成圍堰；在迎水面鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜；兩道鋼板樁之間上部采用拉桿連接，鋼板樁外側(cè)設(shè)置有腰梁，拉桿通過腰梁采用螺栓連接，螺栓設(shè)置在腰梁外側(cè)；當堰芯粘性土填筑與拉桿同一標高后，再填筑一層毛渣，同時在迎水面鋼板樁處設(shè)置子圍堰。本發(fā)明圍堰結(jié)構(gòu)可用于在河流或者湖泊中采用明挖法修建長條形的地下結(jié)構(gòu)物。本發(fā)明圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全，通過雙層鋼板樁頂部設(shè)置拉桿解決了鋼板樁柔性結(jié)構(gòu)變形較大的問題；三道防水系統(tǒng)顯著的提高了鋼板樁圍堰抗?jié)B性能。
【專利說明】—種無內(nèi)撐雙層鋼板粧土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于水利工程建設(shè)領(lǐng)域，涉及一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，鋼板樁在我國有很廣泛的應(yīng)用實例:鋼板樁可用于深水碼頭，特別適用于有不透水要求的船塢塢墻和船閘閘墻等工程；在堤防工程中，鋼板樁可用于防滲墻工程，是由鋼板樁、堤基透水層下面的相對不透水層和土工膜及上覆土層共同形成的半封閉或全封閉防滲體系；在深基坑工程中，鋼板樁形成圍護墻，具有良好的擋土抗?jié)B性能，整體性好，并具有強度高、結(jié)合緊密、速度快等特點；在滲水圍堰工程中，鋼板樁圍堰一般采用鋼板樁墻加內(nèi)支撐的支護形式，一般分為單層鋼板樁圍堰和雙排鋼板樁圍堰。
[0004]鋼板樁圍堰是一種典型的柔性支護結(jié)構(gòu)，在受力過程中發(fā)生較大的變形，這種變形與樁墻和鋼板樁連接緊密程度直接相關(guān)。對于這種能夠發(fā)生較大變形的柔性支護結(jié)構(gòu)，鋼板樁與支撐體系的關(guān)系，對鋼板樁變形影響很大，甚至?xí)绊憞唧w系的穩(wěn)定性造成失穩(wěn)破壞。
[0005]傳統(tǒng)的雙排鋼板樁圍堰，多見于橋梁基礎(chǔ)樁基施工，因為圍堰平面較小，且多形成方形或圓形，鋼板樁之間采用橫撐或者斜撐能有效增強鋼板樁的整體性，但是此方法并不適用于城市湖泊隧道圍堰。一方面城市湖泊隧道圍堰形式多為超長、超寬、單邊條形結(jié)構(gòu)，鋼板樁之間采用斜撐或橫撐并不能有效保證鋼板樁圍堰的長期穩(wěn)定性且鋼板樁變形較大；另一方面，采用這種鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)形式滲水嚴重，不能滿足工程建設(shè)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供上述無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，包括迎水面鋼板樁和背水面鋼板樁(鋼板樁之間通過鎖扣相互咬合形成迎水面鋼板樁和背水面鋼板樁)，鋼板樁之間填筑粘性土形成圍堰。在迎水面鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲止水。兩道鋼板樁之間上部采用拉桿連接，鋼板樁外側(cè)設(shè)置有腰梁，拉桿通過腰梁采用螺栓連接，螺栓設(shè)置在腰梁外側(cè)。當堰芯粘性土填筑與拉桿同一標高后，再填筑一層毛渣，同時在迎水面鋼板樁處設(shè)置子圍堰。
[0009]所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)防水系統(tǒng)包括:迎水面鋼板樁圍堰第一道防水，在迎水面鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜防形成第二道防水，兩面鋼板樁之間填筑粘性土作為第三道防水?！0010]所述的鋼板樁優(yōu)選為拉森IV型鋼板樁。
[0011]所述的拉桿的材料優(yōu)選為32螺紋鋼。
[0012]所述的腰梁的材料優(yōu)選為28b槽鋼。
[0013]上述無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)的施工方法，包含如下步驟:首先進行兩側(cè)鋼板樁打設(shè)，鋼板樁按樁頂標高控制嵌固深度，各排鋼板樁之間鎖扣連接。兩側(cè)鋼板樁施工完進行迎水面鋼板樁土工膜掛設(shè)，土工膜采用袋裝土進行底部壓腳。然后進行兩側(cè)鋼板樁腰梁和拉桿的施工，腰梁設(shè)置在鋼板樁外側(cè)，拉桿順圍堰走向進行橫向連結(jié)，拉桿處鋼板樁和腰梁需打孔，拉桿與腰梁之間采用螺栓連接。最后進行堰芯填筑，當堰芯粘性土填筑與拉桿同一標高后，再填筑一層毛渣，最后在迎水面鋼板樁處設(shè)置子圍堰。
[0014]上述無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)在河流或者湖泊中采用明挖法修建長條形的地下結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用。所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰是為建造永久性設(shè)施修建的臨時性擋水圍護結(jié)構(gòu)，以便在圍堰內(nèi)排水，開挖基坑，修筑建筑物。一般在建筑物修筑完成后，直接拆除。
[0015]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點和效果:本發(fā)明無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)雙排鋼板樁圍堰靠橫撐或斜撐增強其強度的方式上進行改進，其優(yōu)點是通過雙層鋼板樁頂部設(shè)置拉桿，將雙側(cè)鋼板樁通過圍檁拉桿形成整體。當受到外界荷載作用下，兩側(cè)鋼板樁形成協(xié)同變形，解決鋼板樁柔性結(jié)構(gòu)變形較大的問題；同時本圍堰結(jié)構(gòu)采用土芯組合形式，并在迎水面鋼板樁設(shè)置防水土工膜，形成三道防水系統(tǒng)，有效解決了鋼板樁圍堰極易滲水的實際情況，顯著的提高了鋼板樁圍堰抗?jié)B性能，且圍堰內(nèi)部填筑粘性土與兩側(cè)鋼板樁形成一道整體式鋼板樁墻，較大的提高了鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性和安全性；在迎水面鋼板樁側(cè)用粘性土形成子圍堰，進一步增強迎水面鋼板樁的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)的橫斷面示意圖；
圖2是本發(fā)明無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)的平面示意圖；
圖3是實施例3中無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰具體示意圖(橫斷面)，圖中的長度或距離單位為m ；
圖4是實施例3中無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰具體示意圖(平面)，圖中的長度或距離單位為mm ；
附圖中，1-迎水面鋼板樁，2-背水面鋼板樁，3-復(fù)合土工膜，4-拉桿，5-腰梁，6-粘性土，7-毛渣，8-子圍堰，9-螺栓。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0018]實施例1
一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖1和2所示，包括迎水面鋼板樁I和背水面鋼板樁2 (鋼板樁之間通過鎖扣相互咬合形成迎水面鋼板樁I和背水面鋼板樁2)，鋼板樁(I和2)之間填筑粘性土形成圍堰。在迎水面鋼板樁I圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜3防滲止水。兩道鋼板樁(I和2)之間上部采用拉桿4連接，鋼板樁(I和2)外側(cè)設(shè)置有腰梁5，拉桿4通過腰梁5采用螺栓9連接，螺栓9設(shè)置在腰梁5外側(cè)。當堰芯粘性土 6填筑與拉桿4同一標高后，再填筑一層毛渣7，同時在迎水面鋼板樁I處設(shè)置子圍堰8。
[0019]所述的鋼板樁優(yōu)選為拉森IV型鋼板樁，拉桿的材料優(yōu)選為32螺紋鋼，腰梁的材料優(yōu)選為28b槽鋼。
[0020]實施例2
無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)首先進行兩側(cè)拉森IV型鋼板樁打設(shè)，鋼板樁按樁頂標高控制嵌固深度，各排鋼板樁之間鎖扣連接。兩側(cè)鋼板樁施工完進行迎水面鋼板樁防水土工膜掛設(shè)，土工膜采用袋裝土進行底部壓腳。然后進行兩側(cè)鋼板樁腰梁和拉桿的施工，腰梁設(shè)置在鋼板樁外側(cè)，拉桿采用32螺紋鋼順圍堰走向間距按1.6m進行橫向連結(jié)，外側(cè)采用28b槽鋼腰梁，拉桿處鋼板樁和腰梁需打孔，拉桿與腰梁之間采用螺栓連接。最后進行堰芯填筑，采用防水性差的粘性土，當堰芯粘性土填筑與拉桿同一標高后，再填筑一層毛渣，最后在迎水面鋼板樁處設(shè)置子圍堰。
[0021]實施例3
將無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)應(yīng)用于武漢東湖通道工程建設(shè)。東湖通道工程規(guī)劃北起二環(huán)線紅廟立交與二環(huán)線水東段對接，南止于喻家湖路喻家山北路道口，全長約
10.6公里，其中湖中隧道長度約為4.94公里。隧道湖中段采用鋼板樁圍堰和土圍堰兩種結(jié)構(gòu)形式。工程單側(cè)總圍堰長度約為8.05公里，其中無內(nèi)撐鋼板樁圍堰長度約7.36公里，圍堰總面積約為55萬m2，圍堰距隧道結(jié)構(gòu)外邊線距離為20?50m，凈寬7m，外輪廓線之間的距離為Sm，堰體采用粘性土填筑。
[0022]采用有限元分析軟件ANSYS軟件對無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰的整體驗算: 計算工況:18m鋼板樁打入湖底，水位在+20.35m,圍堰內(nèi)排水至湖底，填土至+21.0Om,
鋼板樁設(shè)置拉桿。無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰具體示意圖如圖3和4所示:迎水面鋼板樁頂高程+22.0Om,背水面鋼板樁頂高程+21.0Om,毛渣厚0.5m，子圍堰填土高程+21.50m。其中，鋼板樁為拉森IV型鋼板樁；腰梁為[28b槽鋼；拉桿為直徑32 (mm)的三級螺紋鋼，排列間距為1.6m。
[0023]應(yīng)用ANSYS軟件，鋼板樁采用三維殼單元shell63建模，拉桿采用彈簧單元combinl4,土層采用實體solid45模擬,施加鋼板樁與土層接觸條件。
[0024]土層實體尺寸取沿土層深度方向20m，寬度取30m，長度方向沿圍堰走向取20片鋼板樁長度。荷載采用面荷載施加，在圍堰鋼板樁上施加梯度水壓力。
[0025]由上述計算結(jié)果能夠得出:鋼板樁最大變形為80.9mm,鋼板樁樁身最大應(yīng)力值為46.7Mpa。計算結(jié)果是符合剛度和強度要求，結(jié)構(gòu)在計算工況下是穩(wěn)定可靠的。
[0026]同時根據(jù)現(xiàn)場長期監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，鋼板樁整體變形處于允許范圍，且圍堰內(nèi)未出現(xiàn)滲水現(xiàn)場，該圍堰結(jié)構(gòu)形式安全可靠。
[0027]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括迎水面鋼板樁和背水面鋼板樁，鋼板樁之間填筑粘性土形成圍堰；在迎水面鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜；兩道鋼板樁之間上部采用拉桿連接，鋼板樁外側(cè)設(shè)置有腰梁，拉桿通過腰梁采用螺栓連接；當堰芯粘性土填筑與拉桿同一標高后，再填筑一層毛渣，同時在迎水面鋼板樁處設(shè)置子圍堰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的鋼板樁為拉森IV型鋼板樁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的拉桿的材料為32螺紋鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的腰梁的材料為28b槽鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的螺栓設(shè)置在腰梁外側(cè)。
6.權(quán)利要求1?5任一項所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)的施工方法，包含如下步驟:首先進行兩側(cè)鋼板樁打設(shè)，鋼板樁按樁頂標高控制嵌固深度，各排鋼板樁之間鎖扣連接；兩側(cè)鋼板樁施工完進行迎水面鋼板樁土工膜掛設(shè)，土工膜采用袋裝土進行底部壓腳；然后進行兩側(cè)鋼板樁腰梁和拉桿的施工，腰梁設(shè)置在鋼板樁外側(cè)，拉桿順圍堰走向進行橫向連結(jié)，拉桿處鋼板樁和腰梁需打孔，拉桿與腰梁之間采用螺栓連接；最后進行堰芯填筑，當堰芯粘性土填筑與拉桿同一標高后，再填筑一層毛渣，最后在迎水面鋼板樁處設(shè)置子圍堰。
7.權(quán)利要求1?5任一項所述的無內(nèi)撐雙層鋼板樁土芯組合圍堰結(jié)構(gòu)在河流或者湖泊中采用明挖法修建長條形的地下結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用。
【文檔編號】E02D19/04GK103669375SQ201310734833
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】張安政, 徐順平, 賈瑞華, 謝學(xué)彬, 柳志平, 徐朝政 申請人:張安政