（云南送变电工程有限公司 云南昆明 650041）
摘要：本文通过某特高压线路工程在水域的施工实例，初步布置了钢板桩围堰后，采用ANSYS软件对钢板桩围堰在最危险工况下的变形情况和应力大小进行了分析，并对刚度和强度条件进行了校核。结果表明：将布置在粘土层中的钢板桩围堰深度取为2ｍ，同时设置内支撑1～2道，这样一来钢板桩围堰无论是刚度还是强度均能满足要求，钢板桩围堰 在普通地质水文条件下采用干法封底。
关键词：钢板桩围堰；河网区域；有限元计算；入土深度；内支撑
1 根据工程特点布置钢板桩围堰
1．1在水域承台施工中运用钢板桩进行临时围堰的优势
我 国的社会经济在不断的发展，对 用 电 量的需求也在高速增长，所以发 电 量也需要加大。750Kv以上的特高压输电线路不但可以减少输电过程中的损耗，还能够对线路走廊加以充分的利用，所以在实际应用中被逐渐推广开来。建设特高压线路的时侯如果需要经过河网区域，水域承台工程当中的临时围堰通常采用钢板桩围堰常，相较于水利工程和桥梁工程，水域承台的钢板桩围堰具有独特的优势，下面通过某河网区域的实例来具体阐述．该区域的水文条件比较简单、地质条件也很好。河网区域相较于江海湖泊等那些大型水 域而言，其特高压线路承台工程的钢板桩围堰通常在藕塘、鱼塘 这样的位置进行施工，水域深度范围往往不超过1.5～2.0m 内，且水位比较稳定、几乎可视为静水即使有流动，其流速通常也都很小，在这样的情况下布置钢板桩围堰时本身所承受的水压力是非常小的，而且还不用对流水压力和水位变化问题进行考虑。
河网区域的地质状况如下：地表成分主要是细砂、粉砂及粘土等，都是近代湖泊淤积物和河流冲积物，其水体下方的地层由上往下依次为：淤泥层1.2m～1.5m厚，粉质粘土层6.3m～9.2m厚，再往下分布着厚厚的粘土、粉土、细砂等，几乎没有像卵石层或者基岩层等坚硬地层，对钢板桩围堰施工而言十分便利。
1．2 布置钢板桩围堰的形式
通过搜集钢板桩围堰施工的成功案例以及查阅相关手册，并进行研究分析，再参照在河网区域内进行水域承台施工的具体特点，最终确定实例工程中布置的钢板桩围堰形式基本如下：1）施工期间需要控制钢板桩围堰的顶高使其保持在水位以上0.5m～1.0m的范围内；
2）采用单层钢板桩围堰，按矩形布置其外形，桩型用的是拉森Ⅳ或拉森Ⅵ型，根据计算出来的入土深度对钢板桩的长度进行取整；3）布置钢板桩围堰的尺寸在水域承台周边的基础上，预留出来1.0m～1.5m的尺寸并取整，本项目中根据其水域承台的实际尺寸，布置的钢板桩围堰边长约为20～25m；4）在钢板桩围堰范围内设置1～2道支撑，第一道的位置与施工期间水位保持齐平，第二道的位置与第一道保持2.0m 或2.5m的高差，二者的支撑着力点保持在3.0m～3.6m的间距（布置的支撑形式见图1）。
图1 拟布置的支撑形式平面图
2 计算钢板桩的入土深度
2．1 计算参数
根据工程公司的勘察资料，本项目河网区域所在的水域水深范围通常在1.5m～2.0m，其水体下方的地层由上往下依次为：淤泥层1.2m～1.5m厚，粉质粘土层6.3m～9.2m厚，再 往下分布着厚厚的粘土、粉土、细砂等，根据设计水域承台的相关资料，可知本工程钢板桩围堰应将桩底埋在粉质粘土层中，所以计算入土深度的时候涉及的土层主要就是粉质粘土层和其上方的淤层泥，根据两种土层勘察所得的物理力学指标如下：
表1 土层物理力学指标
2.2计算方法
计算钢板桩入土深度时采用的是传统公式法，过程通常为：首先计算主、被动土压力与水压力等各项荷载；再对支撑安装点进行设定，最后根据平衡力矩要求的安全系数将入土深度确定下来。
2.3结果
为确保围堰的安全性，计算钢板桩入土深度时，水深应取为六种情形分别是2.0m、2.1m、2.2m、2.3m、2.4m与2.5m，而淤泥厚度则分为五种情形，分别是1.1m、1.2m、1.3m、1.4m和1.5m，交互组合出不同的初始条件来计算入土深度，水流速度可以忽略不计，计算出来的入土深度如下：
表2 粉质粘土层钢板桩入土深度（单位：ｍ）
通过上表可知：在河网区域的地质水文特性条件下，淤泥层厚度、水域水深与钢板桩的入土深度之间存在着线性关系而且比较明显，淤泥层每增加0.1m的厚度，钢板桩就需要增加0.3m～0.4m的入土深度，每增加0.1m的水深，钢板桩就要增加0.7m～0.9m的入土深度，对入土深度而言水深的变化产生的影响明显更大。为 确保 施 工 人 员 的 操 作能够统一，获取稳定的安全保障，在该河网区域布置钢板桩围堰时，钢板桩在粉质粘土层的埋深取值为2m，符合入土深度最小的规定.
3 计算钢板桩围堰结构当中的有限元
3.1 参数计算
在钢板桩围堰的结构中，内支撑和钢板桩都是钢质，根据规范要求，钢材的泊松比应该是0.3，弹性模量应该有210GPa，采用拉森Ⅳ型钢板桩，Q345材质，限定应力值设计为200GPa，计算有限元时 根据模量等效原则，将其等效为116mm厚的平面钢板。支撑采用材质为Q234，规格为H400×400和 I32a的两种型钢，设计要求的抗弯应力值至少达到145MP，抗拉压应力值至少达到135MP。
3.2模型计算
根据初步布置的前节钢板桩围堰形式，围堰的平面单边尺寸范围为20m～25m，将计算内容简化后，选取三种平面尺寸：20m×20m、20m×25m、25m×25m 分别进行计算，这里谨提供平面尺寸20m×20m的计算实例。
3．3工况计算
分别选择四种淤泥厚度和水深的组合情况进行计算：1.0m厚淤泥+2.0ｍ水深；1.5ｍ厚淤泥+2.0ｍ水深；1.0ｍ厚淤泥+2．5ｍ水深；1.5ｍ厚淤泥+2.5ｍ水深。计算出来的钢板桩入土深度均为2.0ｍ，根据取整原则将桩长确定下来。本项目河网区域的地质水文条件不错，水深也比较浅，所以可按一道支撑计算。对布置钢板桩围堰工程中最大危险的考虑：围堰抽完内部水，并完成淤泥清理后，准备进行浇 筑混凝土垫层施工时，围堰外此时即有水压力的作用，也有粉质粘土层和淤泥层产生的主动土压力的作用，作用于围堰内的主要是粉质粘土层产生的被动土压力。计算每一种工况，并将上述计算出来的压力值加到有限元模型上，然后将钢板桩的变形情况和应力大小计算出来。
3．4结果
将平面尺寸布置为20ｍ×20ｍ 的钢板桩围堰项目作为应用实例，选取1.0ｍ厚淤泥层 +2.0ｍ水深的地质水文荷载条件，通过有限元软件ANSYS 进行计算，再用得到的结果进行有限元计算，最终得出钢板桩等效出来的最大应力值为31．8N／mm 2，小于200N／mm 2，内 支 撑等效出来的最大应力值为44．2N／mm 2远远小于145N／mm 2，无论是钢板桩还是内支撑都能够符合强度要求。钢板桩的最大位移量总值为2．8mm远远小于要求的24mm，而内 支撑的最大位移量总值为3.1mm远远小于14.4mm的要求，所以无论是钢板桩还是内支撑均可以符合刚度要求．
4 结论
根据本文对特高压线路在河网区域建设承台工程的分析结果来看，在一般常见的水文地质时只要将钢板桩打到淤泥以下的粉质粘土层深度为2m就可以达到入土深度的安全性的要求，然后只要在钢板桩围堰使用单层的拉森Ⅳ型桩结合1～2道内支撑布设就可以达到钢板桩围堰的刚度和强度条件，第一道的内支撑应该和围堰外的水面保持齐平，而第 二 道 内支撑应该比第一道位置低2.5ｍ。可用干法方案进行封底，其抗隆起和抗管涌系数通常情况下都能够达到要求．
参考文献：
[1]深水逆作法钢板桩围堰设计与施工[J]. 安关峰，刘添俊，张洪彬.施工技术.2014（19）
[2]砂质河床上钢板桩围堰底面导渗处理机制及工程应用[J].章敏.广东水利水电. 2013（10）
论文作者:李林佶
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/26
标签：围堰论文; 钢板论文; 河网论文; 淤泥论文; 粘土论文; 深度论文; 水深论文; 《河南电力》2018年13期论文;