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鋼板樁在國(guó)外某深厚中粗砂層地基船塢工程中的應(yīng)用:文昌旋挖鉆機(jī)租賃【連續(xù)墻抓斗出租】文昌旋挖鉆出租公司【139-2409-7787-馬總】

基于國(guó)外某船塢工程深厚中粗砂地層的工程背景,，分析了該工程鋼板樁設(shè)計(jì)計(jì)算中砂的內(nèi)摩擦角和變形模量的選用，并將計(jì)算變形與實(shí)際變形進(jìn)行對(duì)比,，結(jié)合該工程總結(jié)了鋼板樁止水帷幕出現(xiàn)的問(wèn)題和對(duì)策,。

1．項(xiàng)目概況

    國(guó)外某船塢工程按英國(guó)BS標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，包括大型修船塢4座,，多座順岸碼頭,、駁岸，臨時(shí)圍堰2座,，工程平面布置見(jiàn)圖1,。針對(duì)該場(chǎng)地為砂性場(chǎng)地的特點(diǎn)，經(jīng)多方案必選,，在碼頭,、圍堰、基坑,、船塢帷幕中應(yīng)用了各種類型的鋼板樁總計(jì)近4萬(wàn)噸,。

    2．水文和地質(zhì)條件

    設(shè)計(jì)高水位: 3.20m,設(shè)計(jì)低水位: 0.0m,流速: 0.8m/s,H1% : 2.3m。

建設(shè)場(chǎng)地原為海域,，經(jīng)吹填約30m砂層后形成現(xiàn)有場(chǎng)地,。場(chǎng)地地層大體分布：①松散砂層2~10m,標(biāo)貫4~10擊，②中密～密實(shí)砂層20~25m,，標(biāo)貫10~40擊,，③原有淤泥層0~10m(軟塑)，標(biāo)貫4-6擊,，④砂質(zhì)粉土或粉質(zhì)砂土(中密~密實(shí)),，標(biāo)貫15~100級(jí)。

    3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

    3.1鋼板樁選型

    場(chǎng)地砂層為中粗砂,，其滲透系數(shù)經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)為3X10-2cm/s,實(shí)測(cè)基坑透水量表明滲透系數(shù)比這個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)還要大一倍左右,，這種場(chǎng)地條件國(guó)內(nèi)外可參考的實(shí)例也很少找到，準(zhǔn)備在如此深厚回填砂場(chǎng)地干施工大型船塢,，止水難度大,。針對(duì)此砂性場(chǎng)地，設(shè)計(jì)施工排除了地下連續(xù)墻,、灌注樁加旋噴,、膨潤(rùn)土墻、預(yù)制板樁等方案,，選用了鋼板樁作臨時(shí)止水和永久止水,。

    順、駁岸采用單錨板樁結(jié)構(gòu)型式,，主墻和錨碇墻分別采用AZ39-700型和AZ19-700熱軋鋼板樁,。船塢塢墻采用管樁樁基扶壁式結(jié)構(gòu),，承臺(tái)下止水帷幕采用AU20型熱軋鋼板樁止水。水域圍堰為雙排板樁錨拉結(jié)構(gòu),，外排以AU23型熱軋板樁止水,、內(nèi)排OT25型冷彎板樁擋土。陸域基坑采用多級(jí)放坡型式,，在坡頂設(shè)FSP IV型鋼板樁臨時(shí)帷幕,。雙排鋼板樁圍堰,、臨時(shí)鋼板樁止水帷幕的基坑結(jié)合深井降水等措施,，實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)透水性、大厚度的中粗砂地層中開(kāi)挖,、干施工船塢結(jié)構(gòu),，其中泵房處最深約25米。

    3.2耐久性設(shè)計(jì)：文昌旋挖鉆機(jī)租賃【連續(xù)墻抓斗出租】文昌旋挖鉆出租公司【139-2409-7787-馬總】

    鋼筋屈服強(qiáng)度為250和460 級(jí),。混凝土按海工建筑物要求采用C40等級(jí),，為滿足耐久性要求采用高性能混凝土。

    鋼板樁的壁厚應(yīng)按BS標(biāo)準(zhǔn)確定腐蝕量,，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)扣除鋼板樁各受力位置的腐蝕量,，浪濺區(qū)0.08mm/a ,水下區(qū)0.04 mm/a,泥下區(qū)為0.015mm/a。油漆防腐設(shè)計(jì)按10-15年標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),，由于場(chǎng)地地基為砂層,，打樁過(guò)程中油漆難免被損傷，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不考慮油漆的保護(hù)作用,，按50年腐蝕量予以扣除,，故在鋼板樁選型時(shí)考慮采用一定的壁厚，以免經(jīng)腐蝕量扣除后斷面測(cè)算不經(jīng)濟(jì),。

    3.3結(jié)構(gòu)計(jì)算

    根據(jù)本工程設(shè)計(jì)審批要求,，順駁岸、圍堰,、基坑等擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算須采用連續(xù)介質(zhì)計(jì)算軟件,，當(dāng)?shù)匾话悴捎密浖LAXIS 2D進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，同時(shí)也按強(qiáng)度折減法計(jì)算穩(wěn)定性,，一般采用摩爾庫(kù)侖模型,，主要由于該模型參數(shù)相對(duì)較少。 按照規(guī)定,，一般場(chǎng)地須同時(shí)考慮排水指標(biāo)和不排水指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,，并取最不利結(jié)果作為設(shè)計(jì)值，鑒于本工程場(chǎng)地為深厚砂質(zhì)場(chǎng)地,，一般剖面按排水模式計(jì)算,。

    3.4巖土參數(shù)確定

    由于結(jié)構(gòu)計(jì)算須滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,、穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)變形-等要求，對(duì)本工程而言,，主要取決于砂層的內(nèi)摩擦角和變形模量等巖土參數(shù)的選用,，由于砂層無(wú)法進(jìn)行不干擾取樣，因而無(wú)法通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)直接取得上述兩項(xiàng)指標(biāo),。

    為分析砂層指標(biāo),，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)SPT、CPT試驗(yàn)和相關(guān)室內(nèi)顆粒分析試驗(yàn),，范圍為地面以下5m~25m范圍內(nèi)的中密砂層（標(biāo)貫10-30擊）,，按顆分試驗(yàn)結(jié)果，砂土大體屬于中粗砂偏粗砂,，按英標(biāo)體系證明如下：

    (1).按照BS8002規(guī)范[2]中砂土內(nèi)摩擦角取值公式取值

    Ψ’crit=30+A+B,其中：A:根據(jù)顆分試驗(yàn)決定的參數(shù),      B:根據(jù)土的級(jí)配決定的參數(shù),詳見(jiàn)該規(guī)范條文,。

    (2).按《日本港口工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[4] (OCDI) 2002，

    Ψ＝25+sqrt(100N/70+PV0)

    ：SPT標(biāo)貫錘擊數(shù),，Pv0:有效垂直應(yīng)力,。

    按(1)(2)條計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

    
    圖5 砂的內(nèi)摩擦角

    

    (3).另外巖土勘探公司提供了直接通過(guò)CPT得出內(nèi)摩擦角推斷圖,。所用公式為靜探設(shè)備（Geomil）設(shè)備手冊(cè)推薦公式）Ψ=arctan(0.105+0.16*ln(qc/σv;z) ,結(jié)果為34.1°～41°,。

    綜上結(jié)果，綜合選取中等密實(shí)度砂的內(nèi)摩擦角Ψ=34 °,。其余砂的指標(biāo)選用為新回填松砂按30°,，原有地層松散砂按32°,密實(shí)砂按35°。  

    3.5砂的變形模量選用：

    砂土變形模量直接影響結(jié)構(gòu)的變形,，間接影響板樁的選用模量,，從某種程度上講影響工程造價(jià)。

    按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn),，對(duì)砂土按排水模式計(jì)算時(shí),，對(duì)土的變形模量E50（割線模量）取值按E50=1700*N (KPa)，N為SPT標(biāo)貫擊數(shù),，按此公式計(jì)算結(jié)果大體符合《基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)》[1]所述模量范圍：

    粉砂：5-20MPa,，松散砂土：10-25MPa，密實(shí)砂土：

    50-81MPa,。此公式算得的變形模量轉(zhuǎn)換到測(cè)得CPT錐尖阻力qc,大約為E50= 3.5qc.

    設(shè)計(jì)時(shí)按此模量計(jì)算后和按常用的土體彈簧系數(shù)法計(jì)算所得位移相比偏大,，故下面將本工程中各典型工程的計(jì)算位移和實(shí)測(cè)位移做了對(duì)比。比較計(jì)算前提是：排除波浪荷載,、堆載,、系船柱荷載，考慮到位移測(cè)量點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)建成后、前沿尚未開(kāi)挖時(shí)設(shè)置的,，故開(kāi)挖前的位移也予以清零,。部分分項(xiàng)工程的典型測(cè)點(diǎn)的測(cè)算位移與實(shí)測(cè)位移對(duì)比：

    從位移情況簡(jiǎn)單對(duì)比看，上述基坑,、駁岸中所采用的變形模量與實(shí)際情況相比偏差不大,；對(duì)圍堰來(lái)說(shuō)偏差較大，按前述經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)標(biāo)貫對(duì)E50取值,，基本能反映實(shí)際情況,。分析圍堰位移偏差大的原因，圍堰拉桿以上堰體施工一般與圍堰內(nèi)抽水差不多同步開(kāi)展,，部分影響了位移測(cè)量,，實(shí)際的位移偏差比表中的差距可能要小，另一方面圍堰棱體填砂內(nèi)摩擦角取30°也有所偏低,。

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