安徽省水利水电勘测设计院 安徽 合肥 230088
摘要：本文以某在建跨河大桥的钢板桩围堰为工程背景，使用理正软件和Midas/civil有限元分析软件分别计算土压力及基坑的内力，对围苓和内支撑的受力和变形进行计算，计算结果表明围堰的结构受力和变形情况均满足规范的要求，本文可为类似工程提供参考。
关键词：钢板桩；围堰；土压力；受力；变形
Calculation and Analysis of Steel Sheet Pile Cofferdam Based on Lizheng and MIDAS/Civil Software
Zhang Wenzhen1
(1.Anhui Surver And Design Institute Of Water Conservancy And Hydropower.Hefei Anhui 230088 )
Abstract:This paper uses the steel sheet pile cofferdam of the river crossing bridge under construction as the engineering background, and uses Rational software and Midas/civil finite element analysis software to calculate the earth pressure and the internal force of the foundation pit respectively, and the force and deformation of the cofferdam and the internal support. The calculations are carried out and the calculation results show that the structural stress and deformation of the cofferdam meet the requirements of the specification. This paper can provide reference for similar projects.
Key words:steel sheet pile； cofferdam； soil pressure； force； deformation
0 引言
钢板桩围堰因其可以为桥梁的基础施工提供一个无水的环境，在跨河、跨海的桥梁施工中具有广泛的应用[1]。然而，钢板桩围堰的施工情况较为复杂，为保证施工的安全性，必须进行相关的设计及验算后方可使用[2]。常用的计算方法主要分为理论计算[3]和有限元软件计算[4]，理论计算主要是基于等值梁法进行计算，而有限元计算可以根据实际的围堰布置形式、所处土质情况等有效地进行模拟分析，以往的围堰设计中，基于理论方法进行简单验算较为常见，随着近些年工程师的技术水平不断提高，基于有限元方法的围堰设计验算在实际工程中越来越多的得到应用[5]。
1 工程概况
背景桥梁全桥长1178m，其中主桥长601m，引桥长577m（含桥台），桥型跨径布置为：北岸引桥（3╳30+4╳30+3╳30）m简支后连续预制装配式预应力砼小箱梁，跨河、跨堤主桥（83+145+145+145+83）m变截面预应力硅连续梁，南岸引桥（3╳30+3╳30+3╳30）m简支后连续预制装配式预应力混凝土小箱梁。
主墩为12#、13#墩，选用20米拉森桩，主墩位于河道深水区，是整个工程的进度，质量、安全的关键，12#、13#墩埋深、土质结构大致相同，主墩情况基本一致，拉森桩围堰尺寸为42米×15米，每个承台桩基24根，其中12#承台上土层更厚，本文以12#主墩为例（最不利），进行设计验算工作。主墩承台尺寸及桩基分布情况与钢板桩围堰布置如图1和图2所示：
图1 主墩承台尺寸及桩基分布图
图2 主墩承台尺寸及桩基分布图
2 土压力及围堰计算
目前的钢板桩围堰设计计算中，大多采用土体与围堰结构分离的简化计算方法，作用在钢板桩围堰外侧的土压力通常采用朗肯主动土压力，而作用在钢板桩围堰内侧的土压力通常采用朗肯被动土压力[6]。由于朗肯理论假定墙-土之间无摩擦，故土压力方向垂直指向钢板桩板身。本文以《建筑基坑支护技术规程》为技术标准，基于朗肯理论，使用理正分析软件，分别采用弹性法土压力模型和经典法土压力模型进行土压力计算[7]。
本次围堰施工分为七个工况，如表1所示：
表1 工况信息表
限于篇幅，本文仅列出工况3、工况5及工况7的土压力计算结果，如图3所示：
（a） 工况3 （b）工况5 （c） 工况7
图3 土压力计算结果
使用理正软件得到工况7的围堰内力包括图，如图4所示：
图4 围堰内力包络图
表2 工况信息表
由图4和表2可知，基坑内侧和基坑外侧弯曲应力均小于容许应力[σ]=215MPa，满足要求。
3 围苓及支撑有限元分析
在该大桥钢板桩围堰中共设3道围苓，第一道和第三道设置相同，模拟分析时按最不利考虑加载，仅验算第2道围苓，水土合力取最大值686.71kN进行复核，支撑间距5m，围苓均布荷载简化为686.71/5=137.34KN/m。使用Midas/civil中的梁单元来模拟围囹和支撑[8]，共划分为24个节点，34个单元，如图5所示：
图5 围苓及支撑离散图
计算结果如图6所示：
图6 围苓及支撑计算结果图
由图6可知，围苓最大轴向压应力为32.8MPa<f=215MPa，支撑最大轴向压应力为54.4MPa<f=215MPa；围檩的最大剪应力为 42.0MPa<fv=125MPa，支撑的最大剪应力为0.69MPa<fv=125MPa；围檩的最大弯曲应力为70.6MPa<f=215MPa，支撑的最大弯曲应力为0.81MPa<f=215MPa；结构的变形最大为5.83mm<l/400。满足要求。
4 结论
本文基于理正软件和Midas/civil分析软件，对某跨河大桥的围堰进行验算与分析，主要取得以下结论：
（1）使用理正软件中的弹性法土压力模型和经典法土压力模型分别对土压力和围堰内力进行计算，结果表明基坑内侧和外侧的抗弯能力均满足要求。
（2）使用Midas/civil软件对围苓和内支撑分别进行验算，结果表明其轴应力、剪应力、弯曲应力及变形值均满足要求。
（3）本文的计算结果可为类似工程提供参考依据，具有一定的的应用价值和现实意义。
参考文献
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[7]缪欢益.温州龙湾区某工程排桩支护技术在基坑工程中的应用研究[D].同济大学,2009.
[8]罗建华.MIDAS-CIVIL软件在深水基础钢板桩围堰分析中的应用[J].价值工程,2011,17:160-162.
作者简介
张文振（1984-）男，安徽合肥工程师，主要从事水利工程管理与现场监理。
论文作者:张文振
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/6
标签：围堰论文; 钢板论文; 工况论文; 压力论文; 基坑论文; 所示论文; 软件论文; 《防护工程》2018年第5期论文;