连环格仓式防水围堰计算书

计算依据：

1、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007 2、《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011 3、《碾压式土石坝设计规范》DLT 5395-2007 4、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012

一、基本参数

钢板桩总高度H(m) 围堰外侧水深Hw1(m) 围堰顶部均布荷载q(kN/m) 基础底面与地基土之间的摩擦系数μ 抗隆起安全系数Kb 水的重度γw(kN/m) 填土的重度γ(kN/m) 填土与钢板桩的摩擦角δ(°) 格仓半径r(m) 夹角θ(°) 33210 3 5 0.51 1.2 10 20 20 2 40 钢板桩埋深h(m) 围堰内侧水位深度Hw2(m) 围堰底面地基土类型 波浪力PWF(kN/m) 流土稳定性安全系数Kf 填土名称 填土的内摩擦角φ(°) 连环格仓式防水围堰截面类型 隔墙宽A(m) 3 9 红粘土 11.71 1.5 圆砾 35 格墙形格仓式围堰 5.5 计算简图:

格墙形格仓式围堰

剖面图

二、土层参数

土层名称 填土 细砂 粘性土 土层厚度hi(m) 2 5 10 土的重度γi(kN/m) 18 19 20 3土的浮重度γi′(kN/m) 15 14 13 3土的粘聚力ci(kpa) 土的内摩擦角φi(°) 11 0 23 14 27 26 三、围堰抗滑稳定性计算

抗滑移计算简图

当围堰抽水时，围堰内外之水位差将产生一向内的水平推力Pd，此水平推力将由内侧的被动土压力Pp和围堰底的摩擦力Pf所平衡。

1、外推力Pd包括围堰外静水压力和波浪力

Pd=rwHw12/2+PWF=10×32/2+11.71=56.71 kN/m

2、围堰墙底所产生摩阻力

格仓内填土重和围堰顶所受荷载：W=γB H+qB=20×5.5×10+5×5.5=1127.5 kN/m Pf=μW=0.51×1127.5＝575.025 kN/m

3、被动土压力Pp

(1)、被动土压力系数

Kp1=tan2(45°+ φ1/2)= tan2(45+14/2)=1.638 Kp2=tan2(45°+ φ2/2)= tan2(45+27/2)=2.663

(2)、土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0 ~ 2米

σp1上 = 2c1Kp10.5 = 2×11×1.6380.5 = 28.157kN/m

σp1下 = γ1 h1Kp1+2c1Kp10.5 =18×2×1.638 +2×11×1.6380.5 = 87.125kN/m 第2层土：2 ~ 3米

H2' = ∑γihi/γ2' = 36/14=2.571

σp2上 = γ2' H2'Kp2+2c2Kp20.5+γwh1' =14×2.571×2.663 +2×0×2.6630.5 +10×0= 95.852kN/m

σp2下 = γ2' H2'Kp2+2c2Kp20.5 +γ2'h2 Kp2+γwh2'=14×2.571×2.663 +2×0×2.6630.5 +14×1×2.663+10×1= 143.134kN/m (3)、水平荷载 第1层土：

Ep1=h1×(σp1上+σp1下)/2=2×(28.157+87.125)/2=115.282kN/m 第2层土：

Ep2=h2×(σp2上+σp2下)/2=1×(95.852+143.134)/2=119.493kN/m 土压力合力：Pp=ΣEpi=115.282+119.493=234.775kN/m (4)、抗滑稳定性的安全系数：

Fs=(Pp+Pf)/Pd=(234.775+575.025)/56.71＝14.28≥1.25 满足要求！

四、围堰抗倾覆稳定验算

抗倾覆计算简图

因为填土不能承受拉应力，故围堰墙在水平推力作用下所产生的合力作用点对围堰墙平均宽度B的偏心e应落在三分点中段之内。即： e=Pd×y/(r×H×B)≤B/6

当格仓倾覆时，土有可能从筒底漏出，因此，在计算抗倾覆稳定时，尚需验算填土与板桩之间的摩擦力所产生的抗倾覆力矩。 B×Pd×tanδ=∑Pdi×yi

∑Pdiyi=rwHw12/2×Hw1/3+PWF×Hw1=10×32/2×3/3+11.71×3=80.13 kN.m Fs=B×Pd×tanδ/(∑Pdiyi)=5.5×56.71×tan(20°)/80.13=1.417≥1.25 满足要求！

五、围堰墙中心轴垂直面上的剪切力验算

剪力验算简图

沿围堰墙中心线垂直面上的剪切破坏，是格仓式围堰墙的另一种破坏形式。为了保证围堰墙的稳定性，设计时应使在此垂直面的土间摩擦阻力加上钢板桩锁口的摩擦阻力之和，等于或大于围堰墙的倾覆力矩。

作用在此垂直面上所产生的剪切力。由图可以看出，当假设围堰墙地基上的反力呈直线分布时，可得： M0=2B×V/3

于是，此垂直面上的土的摩擦阻力Ffs与钢板桩锁口的摩擦阻力Ffs'之和应大于此剪切力V值。即： Fst=Ffs+Ffs'>V

1、填土的摩擦阻力Ffs

Ffs=1/2γH2 K0tanφ=1/2×20×102×0.426×tg(35°)=298.288 kN

2、钢板桩锁口的摩擦阻力Ffs'

填土主动土压力系数：Ka=tan2(45°-φ/2)=tan2(45-35/2)=0.271

Ffs'=Tf/L=0.375γ(H-h)2Karf/L =0.375×20×(10-3)2×0.271×2×0.30/2.571=23.242 kN

3、总摩擦阻力Fst

Fst=Ffs+Ffs'=298.288+23.242=321.53 kN

4、围堰墙中心轴垂直面上的抗剪安全系数

FS= Fst /V= Fst×2B/(3M0)=321.53×2×5.5/(3×80.13)=14.713≥1.25 满足要求！

六、基坑底土抗隆起验算

本工程基底抗隆起计算参照普朗德尔和太沙基的地基承载力公式，将钢板桩底面平面土层作为极限承载力的基准面。

γi、φi、ci按钢板桩入土深度范围内的加权平均值： γi=(18×2+19×1)/3=18.333 φi=(14×2+27×1)/3=18.333 ci=(11×2+0×1)/3=7.333

Nq=tan2(45°+φi/2)eπtanφi=tan2(45°+18.333/2)eπtan18.333=5.431 Nc=(Nq-1)/tanφi=(5.431-1)/tan(18.333)=13.372

Ks=(γihNq+ciNc)/(γiH+q)=(18.333×3×5.431+7.333×13.372)/(18.333×10+5)=2.107≥Kb=1.2

满足要求！

七、渗透稳定性验算

γ`按钢板桩入土深度范围内的加权平均值： γ`=(15×2+14×1)/3=14.667

Kw=(2h+0.8Hw1) ×γ`/hγw=(2×3+0.8×3) ×14.667/(3×10)=4.107≥Kf=1.5 满足要求！

八、围堰墙胀破力检算

连环格仓式围堰墙中板桩锁口的强度(包括T形和Y形角桩)，必须大于水和土的外张力。在墙上某一深度处的外张力T。如上所述T应为 T=qt×r=(qh+qw)r

其中：qh--土的有效侧压力； qw--静水侧压力。

经验证明，围堰墙的破坏多发生在T形或Y形角桩上。

九、连环格仓式防水围堰的施工问题

1、正确地打设钢板桩。打桩设备与打桩工艺与单壁板桩防水围堰和板桩墙基本相似。导向环最好有上下两层和内外两圈。在插打顺序上应先插打T形或Y形角桩，对这根角桩，不论在位置上还是在方向上都要求插打得非常准确。要分阶段打入，每圈只打入1.5米深。经验证明，常见的格仓式围堰墙的损坏和失事大多数系发生在角桩处。因此对角桩的强度要特别注意。

2、设法降低格仓内填土的饱和浸水线的高度。降低浸水线的高度对减少钢板桩锁口的拉力是非常有效的。降低浸水线的措施有：

(1)在板桩墙内侧每隔3～6根板桩的一根板桩上烧割一排泄水孔。孔径约为φ35～50，沿垂直方向的间距为1.5～2 m。

(2)在填土顶面上浇筑一层水泥砂浆保护层。 (3)在围堰内加设反压护道和渗滤层。

3、应事先采取措施防止围堰墙底漏水。在岩石地基上的格仓式围堰墙的底面处最易发生漏水现象。因而在填土之前需要先对地面上的砂层进行灌浆处理。当然，在填土以后灌浆亦无不可，只是麻烦一些罢了。

4、格仓式围堰是国外用于大坝施工围堰的最常用技术，因其对生态环境的破坏作用最小，不象土石方围堰那样，由于土石方的大量抛填，从而导致河流下游淤高而影响航运的弊病。因而，只要技术上有可能使用的地方或工程，优先选用格仓式围堰作为比较方案，可能是有益而必要的。