围堰计算书

工程设计证书号：A132019934

金庭环岛路B取土区

施工围堰

计算报告

江苏宏鑫路桥建设有限公司

2012年02月

1 工程概况 ......................................................................................... 1 2 计算依据 ......................................................................................... 1 3 设计条件 ......................................................................................... 1 4 钢桩嵌固深度计算 .......................................................................... 3 5 排桩结构内力计算 .......................................................................... 5 6 围堰挡水的整体抗滑稳定计算 ....................................................... 5 7 土堤坝边坡抗滑稳定计算 ............................................................... 6

1 工程概况

本工程围堰是以钢排桩为骨架、结合土堤坝的复合挡水结构型式。依据相关资料，分别复核验算了钢管（板）桩嵌固深度，钢排桩结构内力，围堰挡水的整体稳定性，土堤坝边坡稳定和渗透稳定性。

2 计算依据

（1）围堰设计图（2）岩土工程勘察报告

（3）建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99

（4）水电水利工程围堰设计导则DL/T 5087-1999 （5）堤防工程设计规范GB50286-98

3 设计条件

工程等别及标准

按照中华人民共和国能源部水利部《水利水电工程施工组织设计规范SDJ338-89(试行)》的有关规定，本取土工程的围堰工程级别，根据工程保护对象、失事后果、使用年限和工程规模确定。考虑到本工程的保护面积较大；使用年限一般在1年左右，跨越1个主汛期；围堰一旦失事，将直接影响取土工程和周边沿湖工程的工期，围堰修复及产生的排水费用也较大等情况，本工程围堰建筑物级别选为Ⅳ级。

根据规范，对应本围堰建筑物的类型和级别，设计洪水位标准可取10年一遇洪水即2.37m。。

本工程区地震基本烈度Ⅵ度。围堰断面

围堰顶高程、顶宽确定

⑴ 顶高程

堰顶高程按设计水位加风壅水高加设计波浪爬高和安全超高确定。

设计水位：2.37m。

设计风速取8级风（17.9m/s）

安全超高：按照《施工组织设计规范》的规定，Ⅳ级建筑物，安全超高值为0.5m。

A区围堰：

风壅水高及波浪爬高：工程区主风向为东南风，风区长度约5km；堰坡为土坡，坡比为2.5，水域平均水深取1.50m。经核算风壅水高0.20m，波浪爬高为0.97m，

围堰顶高程=2.37+0.20+0.97+0.5=4.04m，设计围堰顶高程为4.10m。

B区围堰：

风壅水高及波浪爬高：工程区主风向为西风及西北，风区长度约35km；堰坡为土坡，坡比为2.5，水域平均水深取1.50m。经核算风壅水高0.71m，波浪爬高为1.03m，

围堰顶高程=2.37+0.69+1.03+0.5=4.59m，设计围堰顶高程为4.60m。

⑵ 顶宽

围堰堰顶宽度按满足施工、维护和防汛等要求，并根据类似工程围堰的施工经验，钢板桩围堰顶宽取5m。

根据江苏苏州地质工程勘察院提供的《吴中区金庭环岛路A B取土区围堰独工程地质勘察报告》和工程经验，各土层的物理力学指标及结构参数见表1。

表1 土层指标及结构参数

注：K0为静止土压力系数，Ka为主动土压力系数，Kp为被动土压力系数。

围堰顶考虑5kN/m2的均布活载。围堰外施工常水位2.37m。

4 钢桩嵌固深度计算

在围堰结构中，钢管（板）桩作为约束回填土的骨架，前、后排桩可以视为是单层支点排桩的支护结构，设计时要求在极限状态下嵌固深度满足支护体系抗倾覆、抗滑移、整体稳定性、抗隆起等要求，规范认为按抗倾覆要求确定的嵌固深度，基本可保证其它各种验算所要求的安全系数。

对于单支点支护结构，结构的平衡是依靠顶点约束拉筋的支点及桩的嵌固段土抗力共同提供反力，因此必须具有足够的嵌固深度以形成一定的反力保证结构稳定。计算钢桩抗倾覆稳定时，采用单锚浅埋板桩计算方法，假定上端为简支，下端为自由支承，相当于单跨简支梁，其中土压力作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力。

对支点求弯矩，要求在支点（拉筋联系点）的合力矩等于0（实

践中应满足一定安全系数）。根据荷载计算，确定由主动土压力、被动土压力和水压力对支点的力矩MEa、M、MEw，钢桩嵌固深度需

满足下面经验公式：

F

M

1.2

其中主动土压强和被动土压强计算公式为：

eaaKa2cKa

eppKp2cKp

式中：Ka为主动土压力系数，K为被动土压力系数，c为土体

粘聚力，数值见表1。

以钢管桩围堰为例，钢管桩折算挡土高度为m，嵌固深度为m。土压力计算简图见图3。

经计算，围堰的钢管桩和钢板桩嵌固深度验算满足要求，具体数据见表2。

表2 钢桩抗倾覆安全系数计算表

5 排桩结构内力计算

支点的拉杆拉力采用比较符合实际情况的变位法计算，即假定钢板桩内、外侧板桩由于外力作用产生变位，在拉杆处的内向变位相等。计算公式如下：

Z(P1P2)(10H

10HC5HC

C)/(80HC)

P1(2PaP水)/HP2(2PaP水)/H

式中：Pa为泥面以上主动土压力之和，P水为泥面以上水压力和浪压力之和，C为泥面以上水深，H为泥面以上桩长。

钢板桩内力计算可先确定钢板桩剪力为零的位置，然后计算该店的弯矩，即钢板桩的最大弯矩。

通过内力计算和钢板桩的结构型式，进而可计算支点拉筋的拉应力和钢桩的弯曲应力，评估其承载力要求。

表2 钢桩结构内力计算表

6 围堰挡水的整体抗滑稳定计算

围堰挡水的整体抗滑稳定性计算包括未有持力层接触面抗滑稳

定和结构整体稳定计算。其中接触面抗滑稳定应满足下列公式：

K

Gf2SEwEs

1.4

式中：G为围堰重量，f为基底摩擦系数，=0.25；S为钢桩的剪切抗力，

SA[]；EwEs为围堰前水压力和淤泥土压力之和。

结构整体稳定性，采用瑞典圆弧法，将滑动弧内土体与钢板桩视为一个整体，滑动圆弧需通过钢板桩桩尖点。

表3 围堰抗滑稳定计算表

7 土堤坝边坡抗滑稳定计算

围堰中的土体构成为土堤坝结构，根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，需计算其边坡抗滑稳定，计算工况可分为正常情况和非常情况。因独墅湖水位骤降幅度较小，边坡抗滑稳定以设计洪水位下的稳定渗流期的背水侧堤坡为计算对象，上游设计挡水位为1.25m，围堰内侧无水。

根据《堤防工程设计规范》，大堤边坡抗滑稳定计算可采用瑞典圆弧滑动法，土坡抗滑稳定计算法法可分为总力法和有效应力法，总

应力法计算公式如下：

K

[(W

W2iW3i)cosaitaniCibisecai]

(W

W2iW3i)sinai

W3i

式中：K为抗滑稳定安全系数；

W1i

、

W2i

、

W2i

、

为第i个土

条浸润线以上土体的天然重量、浸润线与外坡水位线之间的土体的饱和容重、浸润线与外坡水位之间的土体的浮容重、外坡水位线以下的土体浮容重（kN）；bi为第i个土条的宽度（m）；Zi为坡外水位高出第i个土条底面中点的距离（m）；ai为第i个土条底面中点的半径与竖直方向（重力方向）的夹角（0）；ci、i为第i个土条底部土体的总应力抗剪强度指标（kPa，0）；

采用总应力法进行稳定分析时，土的抗剪强度指标采用经饱和后的固结快剪指标。计算结果如下表4：

表4 围堰内侧边坡抗滑稳定计算表

经计算，抗滑稳定系数和渗透出逸坡降满足规范要求。