(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103669375 A(43)申请公布日 2014.03.26
(21)申请号 201310734833.6(22)申请日 2013.12.27
(71)申请人张安政
地址430073 湖北省武汉市东湖风景区大李
村5号(72)发明人张安政 徐顺平 贾瑞华 谢学彬
柳志平 徐朝政(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务
所 42222
代理人张火春(51)Int.Cl.
E02D 19/04(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图3页权利要求书1页 说明书3页 附图3页
(54)发明名称
一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构及其应用(57)摘要
本发明公开了一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构及其应用，属于水利工程建设领域。一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构包括迎水面钢板桩和背水面钢板桩，钢板桩之间填筑粘性土形成围堰；在迎水面钢板桩围堰内侧铺设复合土工膜；两道钢板桩之间上部采用拉杆连接，钢板桩外侧设置有腰梁，拉杆通过腰梁采用螺栓连接，螺栓设置在腰梁外侧；当堰芯粘性土填筑与拉杆同一标高后，再填筑一层毛渣，同时在迎水面钢板桩处设置子围堰。本发明围堰结构可用于在河流或者湖泊中采用明挖法修建长条形的地下结构物。本发明围堰结构稳定、安全，通过双层钢板桩顶部设置拉杆解决了钢板桩柔性结构变形较大的问题；三道防水系统显著的提高了钢板桩围堰抗渗性能。
CN 103669375 ACN 103669375 A
权 利 要 求 书
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1.一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，其特征在于：包括迎水面钢板桩和背水面钢板桩，钢板桩之间填筑粘性土形成围堰；在迎水面钢板桩围堰内侧铺设复合土工膜；两道钢板桩之间上部采用拉杆连接，钢板桩外侧设置有腰梁，拉杆通过腰梁采用螺栓连接；当堰芯粘性土填筑与拉杆同一标高后，再填筑一层毛渣，同时在迎水面钢板桩处设置子围堰。
2.根据权利要求1所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，其特征在于：所述的钢板桩为拉森Ⅳ型钢板桩。
3.根据权利要求1所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，其特征在于：所述的拉杆的材料为32螺纹钢。
4.根据权利要求1所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，其特征在于：所述的腰梁的材料为28b槽钢。
5.根据权利要求1所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，其特征在于：所述的螺栓设置在腰梁外侧。
6.权利要求1～5任一项所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构的施工方法，包含如下步骤：首先进行两侧钢板桩打设，钢板桩按桩顶标高控制嵌固深度，各排钢板桩之间锁扣连接；两侧钢板桩施工完进行迎水面钢板桩土工膜挂设，土工膜采用袋装土进行底部压脚；然后进行两侧钢板桩腰梁和拉杆的施工，腰梁设置在钢板桩外侧，拉杆顺围堰走向进行横向连结，拉杆处钢板桩和腰梁需打孔，拉杆与腰梁之间采用螺栓连接；最后进行堰芯填筑，当堰芯粘性土填筑与拉杆同一标高后，再填筑一层毛渣，最后在迎水面钢板桩处设置子围堰。
7.权利要求1～5任一项所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构在河流或者湖泊中采用明挖法修建长条形的地下结构物中的应用。
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CN 103669375 A
说 明 书
一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构及其应用
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[0001]
技术领域
[0002]
本发明属于水利工程建设领域，涉及一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构及
其应用。背景技术
目前，钢板桩在我国有很广泛的应用实例：钢板桩可用于深水码头，特别适用于有
不透水要求的船坞坞墙和船闸闸墙等工程；在堤防工程中，钢板桩可用于防渗墙工程，是由钢板桩、堤基透水层下面的相对不透水层和土工膜及上覆土层共同形成的半封闭或全封闭防渗体系；在深基坑工程中，钢板桩形成围护墙，具有良好的挡土抗渗性能，整体性好，并具有强度高、结合紧密、速度快等特点；在渗水围堰工程中，钢板桩围堰一般采用钢板桩墙加内支撑的支护形式，一般分为单层钢板桩围堰和双排钢板桩围堰。[0004] 钢板桩围堰是一种典型的柔性支护结构，在受力过程中发生较大的变形，这种变形与桩墙和钢板桩连接紧密程度直接相关。对于这种能够发生较大变形的柔性支护结构，钢板桩与支撑体系的关系，对钢板桩变形影响很大，甚至会影响围堰体系的稳定性造成失稳破坏。
[0005] 传统的双排钢板桩围堰，多见于桥梁基础桩基施工，因为围堰平面较小，且多形成方形或圆形，钢板桩之间采用横撑或者斜撑能有效增强钢板桩的整体性，但是此方法并不适用于城市湖泊隧道围堰。一方面城市湖泊隧道围堰形式多为超长、超宽、单边条形结构，钢板桩之间采用斜撑或横撑并不能有效保证钢板桩围堰的长期稳定性且钢板桩变形较大；另一方面，采用这种钢板桩围堰结构形式渗水严重，不能满足工程建设要求。
[0003]
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构。
[0007] 本发明的目的还在于提供上述无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构的应用。[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，包括迎水面钢板桩和背水面钢板桩（钢板桩之间通过锁扣相互咬合形成迎水面钢板桩和背水面钢板桩），钢板桩之间填筑粘性土形成围堰。在迎水面钢板桩围堰内侧铺设复合土工膜防渗止水。两道钢板桩之间上部采用拉杆连接，钢板桩外侧设置有腰梁，拉杆通过腰梁采用螺栓连接，螺栓设置在腰梁外侧。当堰芯粘性土填筑与拉杆同一标高后，再填筑一层毛渣，同时在迎水面钢板桩处设置子围堰。所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构防水系统包括：迎水面钢板桩围堰第一道防水，在迎水面钢板桩围堰内侧铺设复合土工膜防形成第二道防水，两面钢板桩之间填筑粘性土作为第三道防水。
[0009]
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说 明 书
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所述的钢板桩优选为拉森Ⅳ型钢板桩。
[0011] 所述的拉杆的材料优选为32螺纹钢。[0012] 所述的腰梁的材料优选为28b槽钢。
[0013] 上述无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构的施工方法，包含如下步骤：首先进行两侧钢板桩打设，钢板桩按桩顶标高控制嵌固深度，各排钢板桩之间锁扣连接。两侧钢板桩施工完进行迎水面钢板桩土工膜挂设，土工膜采用袋装土进行底部压脚。然后进行两侧钢板桩腰梁和拉杆的施工，腰梁设置在钢板桩外侧，拉杆顺围堰走向进行横向连结，拉杆处钢板桩和腰梁需打孔，拉杆与腰梁之间采用螺栓连接。最后进行堰芯填筑，当堰芯粘性土填筑与拉杆同一标高后，再填筑一层毛渣，最后在迎水面钢板桩处设置子围堰。
[0014] 上述无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构在河流或者湖泊中采用明挖法修建长条形的地下结构物中的应用。所述的无内撑双层钢板桩土芯组合围堰是为建造永久性设施修建的临时性挡水围护结构，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。一般在建筑物修筑完成后，直接拆除。
[0015] 本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：本发明无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构在传统双排钢板桩围堰靠横撑或斜撑增强其强度的方式上进行改进，其优点是通过双层钢板桩顶部设置拉杆，将双侧钢板桩通过围檩拉杆形成整体。当受到外界荷载作用下，两侧钢板桩形成协同变形，解决钢板桩柔性结构变形较大的问题；同时本围堰结构采用土芯组合形式，并在迎水面钢板桩设置防水土工膜，形成三道防水系统，有效解决了钢板桩围堰极易渗水的实际情况，显著的提高了钢板桩围堰抗渗性能，且围堰内部填筑粘性土与两侧钢板桩形成一道整体式钢板桩墙，较大的提高了钢板桩围堰的整体稳定性和安全性；在迎水面钢板桩侧用粘性土形成子围堰，进一步增强迎水面钢板桩的稳定性。附图说明
[0016] 图1是本发明无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构的横断面示意图；
图2是本发明无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构的平面示意图；图3是实施例3中无内撑双层钢板桩土芯组合围堰具体示意图（横断面），图中的长度或距离单位为m；
图4是实施例3中无内撑双层钢板桩土芯组合围堰具体示意图（平面），图中的长度或距离单位为mm；
附图中，1-迎水面钢板桩，2-背水面钢板桩，3-复合土工膜，4-拉杆，5-腰梁，6-粘性土，7-毛渣，8-子围堰，9-螺栓。具体实施方式
[0017] 下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0018] 实施例1
一种无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构，其示意图如图1和2所示，包括迎水面钢板桩1和背水面钢板桩2（钢板桩之间通过锁扣相互咬合形成迎水面钢板桩1和背水面钢板桩2），钢板桩（1和2）之间填筑粘性土形成围堰。在迎水面钢板桩1围堰内侧铺设复合土
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说 明 书
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工膜3防渗止水。两道钢板桩（1和2）之间上部采用拉杆4连接，钢板桩（1和2）外侧设置有腰梁5，拉杆4通过腰梁5采用螺栓9连接，螺栓9设置在腰梁5外侧。当堰芯粘性土6填筑与拉杆4同一标高后，再填筑一层毛渣7，同时在迎水面钢板桩1处设置子围堰8。[0019] 所述的钢板桩优选为拉森Ⅳ型钢板桩，拉杆的材料优选为32螺纹钢，腰梁的材料优选为28b槽钢。[0020] 实施例2
无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构首先进行两侧拉森Ⅳ型钢板桩打设，钢板桩按桩顶标高控制嵌固深度，各排钢板桩之间锁扣连接。两侧钢板桩施工完进行迎水面钢板桩防水土工膜挂设，土工膜采用袋装土进行底部压脚。然后进行两侧钢板桩腰梁和拉杆的施工，腰梁设置在钢板桩外侧，拉杆采用32螺纹钢顺围堰走向间距按1.6m进行横向连结，外侧采用28b槽钢腰梁，拉杆处钢板桩和腰梁需打孔，拉杆与腰梁之间采用螺栓连接。最后进行堰芯填筑，采用防水性差的粘性土，当堰芯粘性土填筑与拉杆同一标高后，再填筑一层毛渣，最后在迎水面钢板桩处设置子围堰。[0021] 实施例3
将无内撑双层钢板桩土芯组合围堰结构应用于武汉东湖通道工程建设。东湖通道工程规划北起二环线红庙立交与二环线水东段对接，南止于喻家湖路喻家山北路道口，全长约10.6公里，其中湖中隧道长度约为4.94公里。隧道湖中段采用钢板桩围堰和土围堰两种结构形式。工程单侧总围堰长度约为8.05公里，其中无内撑钢板桩围堰长度约7.36公里，围堰总面积约为55万m2，围堰距隧道结构外边线距离为20～50m，净宽7m，外轮廓线之间的距离为8m，堰体采用粘性土填筑。
[0022] 采用有限元分析软件ANSYS软件对无内撑双层钢板桩土芯组合围堰的整体验算：
计算工况：18m钢板桩打入湖底，水位在+20.35m，围堰内排水至湖底，填土至+21.00m，钢板桩设置拉杆。无内撑双层钢板桩土芯组合围堰具体示意图如图3和4所示：迎水面钢板桩顶高程+22.00m，背水面钢板桩顶高程+21.00m，毛渣厚0.5m，子围堰填土高程+21.50m。其中，钢板桩为拉森Ⅳ型钢板桩；腰梁为[28b槽钢；拉杆为直径32（mm）的三级螺纹钢，排列间距为1.6m。
[0023] 应用ANSYS软件，钢板桩采用三维壳单元shell63建模，拉杆采用弹簧单元combin14，土层采用实体solid45模拟，施加钢板桩与土层接触条件。[0024] 土层实体尺寸取沿土层深度方向20m，宽度取30m，长度方向沿围堰走向取20片钢板桩长度。荷载采用面荷载施加，在围堰钢板桩上施加梯度水压力。[0025] 由上述计算结果能够得出：钢板桩最大变形为80.9mm，钢板桩桩身最大应力值为46.7Mpa。计算结果是符合刚度和强度要求，结构在计算工况下是稳定可靠的。[0026] 同时根据现场长期监测数据显示，钢板桩整体变形处于允许范围，且围堰内未出现渗水现场，该围堰结构形式安全可靠。
[0027] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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图 1
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说 明 书 附 图
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图 2
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说 明 书 附 图
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