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基于国外某船坞工程深厚中粗砂地层的工程背景，分析了该工程钢板桩设计计算中砂的内摩擦角和变形模量的选用，并将计算变形与实际变形进行对比，结合该工程总结了钢板桩止水帷幕出现的问题和对策。
1．项目概况
国外某船坞工程按英国BS标准和当地标准进行设计和施工，包括大型修船坞4座，多座顺岸码头、驳岸，临时围堰2座，工程平面布置见图1。针对该场地为砂性场地的特点，经多方案必选，在码头、围堰、基坑、船坞帷幕中应用了各种类型的钢板桩总计近4万吨。
2．水文和地质条件
设计高水位: 3.20m,设计低水位: 0.0m,流速: 0.8m/s,H1% : 2.3m。
建设场地原为海域，经吹填约30m砂层后形成现有场地。场地地层大体分布：①松散砂层2~10m,标贯4~10击，②中密～密实砂层20~25m，标贯10~40击，③原有淤泥层0~10m(软塑)，标贯4-6击，④砂质粉土或粉质砂土(中密~密实)，标贯15~100级。
3．结构设计：
3.1钢板桩选型
场地砂层为中粗砂，其渗透系数经室内试验为3X10-2cm/s,实测基坑透水量表明渗透系数比这个试验数据还要大一倍左右，这种场地条件国内外可参考的实例也很少找到，准备在如此深厚回填砂场地干施工大型船坞，止水难度大。针对此砂性场地，设计施工排除了地下连续墙、灌注桩加旋喷、膨润土墙、预制板桩等方案，选用了钢板桩作临时止水和永久止水。
顺、驳岸采用单锚板桩结构型式，主墙和锚碇墙分别采用AZ39-700型和AZ19-700热轧钢板桩。船坞坞墙采用管桩桩基扶壁式结构，承台下止水帷幕采用AU20型热轧钢板桩止水。水域围堰为双排板桩锚拉结构，外排以AU23型热轧板桩止水、内排OT25型冷弯板桩挡土。陆域基坑采用多级放坡型式，在坡顶设FSP IV型钢板桩临时帷幕。双排钢板桩围堰、临时钢板桩止水帷幕的基坑结合深井降水等措施，实现了在强透水性、大厚度的中粗砂地层中开挖、干施工船坞结构，其中泵房处最深约25米。
3.2耐久性设计：文昌旋挖钻机租赁【连续墙抓斗出租】文昌旋挖钻出租公司【139-2409-7787-马总】
钢筋屈服强度为250和460 级。混凝土按海工建筑物要求采用C40等级，为满足耐久性要求采用高性能混凝土。
钢板桩的壁厚应按BS标准确定腐蚀量，在结构计算时扣除钢板桩各受力位置的腐蚀量，浪溅区0.08mm/a ,水下区0.04 mm/a,泥下区为0.015mm/a。油漆防腐设计按10-15年标准设计，由于场地地基为砂层，打桩过程中油漆难免被损伤，结构计算时不考虑油漆的保护作用，按50年腐蚀量予以扣除，故在钢板桩选型时考虑采用一定的壁厚，以免经腐蚀量扣除后断面测算不经济。
3.3结构计算
根据本工程设计审批要求，顺驳岸、围堰、基坑等挡土墙结构计算须采用连续介质计算软件，当地一般采用软件PLAXIS 2D进行强度计算，同时也按强度折减法计算稳定性，一般采用摩尔库仑模型，主要由于该模型参数相对较少。 按照规定，一般场地须同时考虑排水指标和不排水指标进行计算，并取最不利结果作为设计值，鉴于本工程场地为深厚砂质场地，一般剖面按排水模式计算。
3.4岩土参数确定
由于结构计算须满足结构强度、稳定性和结构变形-等要求，对本工程而言，主要取决于砂层的内摩擦角和变形模量等岩土参数的选用，由于砂层无法进行不干扰取样，因而无法通过室内试验直接取得上述两项指标。
为分析砂层指标，进行了现场SPT、CPT试验和相关室内颗粒分析试验，范围为地面以下5m~25m范围内的中密砂层（标贯10-30击），按颗分试验结果，砂土大体属于中粗砂偏粗砂，按英标体系证明如下：
(1).按照BS8002规范[2]中砂土内摩擦角取值公式取值
Ψ’crit=30+A+B,其中：A:根据颗分试验决定的参数, B:根据土的级配决定的参数,详见该规范条文。
(2).按《日本港口工程技术标准》[4] (OCDI) 2002，
Ψ＝25+sqrt(100N/70+PV0)
：SPT标贯锤击数，Pv0:有效垂直应力。
按(1)(2)条计算结果见图5。
图5 砂的内摩擦角
(3).另外岩土勘探公司提供了直接通过CPT得出内摩擦角推断图。所用公式为静探设备（Geomil）设备手册推荐公式）Ψ=arctan(0.105+0.16*ln(qc/σv;z) ,结果为34.1°～41°。
综上结果，综合选取中等密实度砂的内摩擦角Ψ=34 °。其余砂的指标选用为新回填松砂按30°，原有地层松散砂按32°,密实砂按35°。
3.5砂的变形模量选用：
砂土变形模量直接影响结构的变形，间接影响板桩的选用模量，从某种程度上讲影响工程造价。
按当地经验，对砂土按排水模式计算时，对土的变形模量E50（割线模量）取值按E50=1700*N (KPa)，N为SPT标贯击数，按此公式计算结果大体符合《基础工程分析与设计》[1]所述模量范围：
粉砂：5-20MPa，松散砂土：10-25MPa，密实砂土：
50-81MPa。此公式算得的变形模量转换到测得CPT锥尖阻力qc,大约为E50= 3.5qc.
设计时按此模量计算后和按常用的土体弹簧系数法计算所得位移相比偏大，故下面将本工程中各典型工程的计算位移和实测位移做了对比。比较计算前提是：排除波浪荷载、堆载、系船柱荷载，考虑到位移测量点是在结构建成后、前沿尚未开挖时设置的，故开挖前的位移也予以清零。部分分项工程的典型测点的测算位移与实测位移对比：
从位移情况简单对比看，上述基坑、驳岸中所采用的变形模量与实际情况相比偏差不大；对围堰来说偏差较大，按前述经验公式根据标贯对E50取值，基本能反映实际情况。分析围堰位移偏差大的原因，围堰拉杆以上堰体施工一般与围堰内抽水差不多同步开展，部分影响了位移测量，实际的位移偏差比表中的差距可能要小，另一方面围堰棱体填砂内摩擦角取30°也有所偏低。
发布时间:2021-11-21 07:19 点击:34