南仙路双层木桩围堰施工及计算
温州市南仙路工程
双
木
桩
围
堰
方
案
编制人：
审核人：
审批人：
编制单位：浙江顺建市政工程有限公司
编制日期：2007年12月16日
南仙路双层木桩围堰施工及计算
一、工程概况
南仙路第三合同段地处三洋湿地，因湿地水网发达，且互相连通，其中一些河道间距很小，如七号桥就是由两条河道组合而成，而我部范围内三座桥除八号桥均有水中承台，承台底标高为七号桥
（-1.9m~2.1m）、九号桥（-0.5m）。而常水位为2.62m，故需采用一定的方案进行水中承台的施工，结合本合同段工期紧，水中承台众多的特点，我部选用围堰抽水的办法，提供水中承台工作面。经实地勘测，该地段水深基本在2.5m~3.5m之间（计算按3.0m考虑），而河床淤泥基本在30cm以内，且河床底基本是淤泥地质（渗水少，易打桩），河道中水基本是不流动的或流速较慢，故查询《桥梁施工常用数据手册》和结合以往工程的施工经验，我部拟采用双层木桩围堰施工。
根据《公路桥涵施工技术规范》的一般规定，围堰应满足以下几点要求：
1围堰高度应高出施工期间可能出现的最高水位(包括浪高)0.5～0.7m。
2围堰外形应考虑河流断面被压缩后，流速增大引起水流对围堰、河床的集中冲刷及影响通航、导流等因素，并应满足堰身强度和稳定的要求。
3堰内平面尺寸应满足基础施工的需要。
4围堰要求防水严密，减少渗漏。
二、水文地质情况
1、施工期间最高洪水位 3.9m（台风季节7~9月份），施工防护水位3.3m（根据工期，我部下部施工应该在台风季节以前能完成，考虑三、四月份温州雨水较多，按2.6+0.7=3.3考虑）
2 、围堰内填土石混合料φ1 =20°r1=20.4KN/m3
3、木桩入土的土层参考地质资料及结合本地区特点：
1）经现场测量，河床淤泥基本在30公分以内；
2）河底基本为淤泥质粘土。承载力〔〆〕=45Kpa，假设内摩擦角φ2 =15°容重r2=18.6KN/m3 ；
二、双层木桩围堰布置图
1 木桩顶标高3.9m，填土标高3.3m；
2 河床最低标高-0.1m ，清淤前0.3m ，清淤后-0.4m；
3 木桩暂定L=9m 小头直径￠=20cm 桩底标高=-5.1m。
双层围堰布置图
三、双层木桩围堰整体稳定性
1 按最高水位3.9m，堰内抽水
1）围堰内填土重量W=3.7*3.5*20.4=264.2KN/m
2）水的侧压力Eh=10*4.3*0.6*4.3=110.94KN/m
对B 点倾覆力矩MB=110.94*1/3*4.3=159.01KN-m/m 对B 点抗倾覆力矩MB=264.2*1/2*3.7=488.77KN-m/m 抗倾覆安全系数 K= MB'/MB=488.77/159.01=3.07 四、木桩1受力计算
最高水位3.9m
A、木桩1受力图(L=8m)
1
木桩受力图(L=9m)
⑴主动土压力Ea=1/2LaH1
∵φ1 =20°r1=20.4KN/m3 H1=3.7m
φ2 =15° r2=18.6KN/m3 H3=3.7m H总=7.4m
r 平均=（20.4*3.7+18.6*3.7）/7.4=19.5KN/m3
φ平均=（20*3.7+15*3.7）/7.4=17.5°
La= r 平均*H1*Ka=19.5*7.4*tg2（45°-17.5°/2）=19.5*7.4*0.537=92.82
Ea=0.5*92.82*7.4=343.43KN/m
H1’=1/3*7.4=2.47m
⑵常水位水压力（2.62m）
Eh=0.5*Rh*（H2′）2=0.5*10*（3.02）2=45.6 KN/m
H2’=1/3*3.02=1.01m
⑶被动土压力 Ep=0.5*Lp*H3
Lp=R2*H3*Kp φ2 =15° r2=18.6KN/m3 H3=3.7m
=18.6*3.7*tg2（45°+15°/2）=116.7
Ep=0.5*116.7*3.7=215.9 KN/m H3’=1/3*3.7=1.23m
⑷各力对O 点（拉筋位置）取矩，令ΣM=0
Ep*（7.4+0.3-1.23）+ Eh（3.02-1.01+0.6）- Ea（7.4+0.3-2.47）= Ep *6.47+ Eh*2.61- Ea*5.23
=6.47 Ep-1677.12
Ep=259.21KN/m>215.9KN/m
⑸令ΣH=0
R+ Ep+ Eh- Ea=0
R= Ea- Eh- Ep =343.43-45.6-259.21=38.62 KN/m
⑹计算A 点(桩与河床接触点)处的弯矩
∵Ea′=0.5 La′H1
La′= r1*H*Ka=20.4*3.7*tg2（45°+15°/2）
=20.4*3.7*1.302=98.27
Ea′=0.5*98.27*3.7=181.8KN/m
MA= Eh*1.01+R*（4.0）- Ea′*1.23
=45.6*1.01+38.62*4.0-181.8*1.23
=-23.07KN-m/m
由此可见，桩长8m不能满足围堰的要求
B、变更木桩1长度为9m
正常水位2.62m 围堰内已抽水
木桩受力图(L=9m)
⑴主动土压力Ea=1/2LaH1
∵φ1 =10°r1=20.4KN/m3 H1=3.7m
φ2 =15° r2=18.6KN/m3 H3=4.7m H总=8.4m
r 平均=（20.4*3.7+18.6*4.7）/8.4=19.39KN/m3
φ平均=（10*3.7+15*4.7）/8.4=12.80°
La= r 平均*H1*Ka=19.39*8.4*tg2（45°-12.80°/2）=19.39*8.4*0.636=103.59
Ea=0.5*103.59*8.4=435.1KN/m
H1’=1/3*8.4=2.8m
⑵常水位水压力（2.62m）
Eh=0.5*Rh*（H2′）2=0.5*10*（3.02）2=45.6 KN/m
H2’=1/3*3.02=1.01m
⑶被动土压力 Ep=0.5*Lp*H3
Lp=R2*H3*Kp φ2 =15° r2=18.6KN/m3 H3=4.7m
=18.6*4.7*tg2（45°+15°/2）=148.2
Ep=0.5*148.2*4.7=348.3 KN/m H3’=1/3*4.7=1.57m
⑷各力对O 点（拉筋位置）取矩，令ΣM=0
Ep*（8.4+0.3-1.57）+ Eh（3.02-1.01+0.6）- Ea（8.4+0.3-2.8）= Ep *7.17+ Eh*2.61- Ea*5.9
=7.17 Ep-2448.07
Ep=341.43 KN/m<348.3KN/m
⑸令ΣH=0
R+ Ep+ Eh- Ea=0
R= Ea- Eh- Ep =435.1-45.6-341.43=48.07 KN/m
⑹计算A 点(桩与河床接触点)处的弯矩
∵Ea′=0.5 La′H1
La′= r1*H*Ka=20.4*3.7*tg2（45°+15°/2）
=20.4*3.7*1.302=98.27
Ea′=0.5*98.27*3.7=181.8KN/m
MA= Eh*1.01+R*（4.0）- Ea′*1.23
=45.6*1.01+48.07*4.0-181.8*1.23
=14.72 KN-m/m
⑺木桩强度检算
木桩小头直径￠=18cm 中径按直径￠=20cm 计算 每米n=3 根 W=π/32*（20）3*3=2355cm3
α=Mmax/W=MA/W=14.72*1000/2355=6.25Mpa
结论：
1． 经查证松木承压应力为13.0，故木桩应力较小，可使中径￠=20cm 计算，每米设3 根。
2． 木桩长9 米，靠岸处可为6~8 米。木桩中间段应无节疤。
3． 拉筋可视情况设置，单侧可以用木头连接成整体。
五、木桩2受力计算
围堰内已抽水
.6
木桩2受力图(L=9m)
1 按自由端单支点（平衡法）计算 对O 点（拉筋位置）取矩 令ΣMo=0 ΣH=0
MEa1+ MEa2- MEp=0
R=Ea1 +Ea2-EP
∵Ea1=0.5* La* H
La = r1*H2*Ka=20.4*3.7*tg2（45°+10°/2）
=20.4*3.7*1.418=107.01
Ea1=0.5* 107.01* 3.7=198.0KN/m
Ea2=107.01y+18.6*tg2（45°-15°/2）y*0.5y =107.03y+5.47y2
EP=18.6*tg2（45°+15°/2）y*0.5y=31.5*0.5y2
=15.76 y2
对O 点取矩
MEa1=198*（3.7-1.23+0.3）=548.46 KN/m
MEa2=107.01y（0.5y+4.0）+5.47y2（2/3y+4.0）
=3.65y3+75.385y2+428.04y
MEp=15.76 y2（2/3y+4.0）=8.79 y3+63.04 y2
∴548.46+（3.65-10.51）y3+（75.385-63.04）y2+428.04y=0
6.15y3+12.345y2-428.04y=548.46
以试算法求y
令y=4.3m
4.43*（4.3）3-22.815*（4.3）2-511.8*4.3=284.65>254.7
y=4.23m
6.8793*（4.23）3+25.8436*（4.23）2-172.128*4.23=254.9≈254.7 ∴L=9m 木桩是合适的
Ea2=39.12*4.23+5.476*（4.23）2=263.46 KN/m EP=15.795（4.23）2=282.62 KN/m
R=82.16+263.46-282.62=63 KN/m
2 计算B 点处弯矩
MB= 82.16*1.2m-63*4.4=-178.6 KN/m
α=178.6*104/4600=388kg/cm2=38.8Mpa
该处木桩受力较大，建议内侧木桩覆土。
3 按内侧覆土2m 再计算
⑴仅计入被动土压力增大数值
r2=18.6KN/m3 φ2 =15。 H3′=4.3+2=6.3m
LP= r2*H3′*Kp=18.6*6.3*1.6984=199.02
EP=0.5* 199.02* 6.3=626.91 KN/m
H3c′=1/3*6.3=2.1m
R=82.16+263.46-626.91=-345.62 KN/m
说明覆土后拉筋不承受拉力
⑵计算B 点处弯矩
∵LP=18.6*2*1.6984=63.18
EP=0.5* 2* 63.18=63.18 KN/m
Hc3′=1/3*2=0.67m
MB
'=82.16*1.2-63.18*0.67=56.26KN-m/m
α=56.26*104/4600=12.23Mpa
当计入低水位（1.6 米）木桩①拉筋R=29.28KN 时，
MB
'′=56.26-29.28*4.4=-72.57 KN-m/m
α=72.57*104/4600=15.78Mpa
结论：
1 木桩长9m，小头直径￠=20cm，中段应有￠=25cm，每米设3 根。
桩顶标高2.5m，桩底标高-6.5m 。
对于靠岸边的木桩可短些。一般为6~8m。
2 拉筋建议Ф16 双层，间距可为2m 一道，要设水平圆木使围堰成整体。
3 围堰内侧抽水前建议覆土1m，抽水后加高覆土2m，土距离木桩的宽度顶面亦为2m 左右。
4 双层木桩间必须填好混合料，以尽可能提高φ值。
六、安全保障措施
安全管理是施工企业管理的一项重要内容。确保安全生产、防止事故发生，是企业全体职工的重要任务，是各级领导的重要职责。
1、项目指挥部设安全领导小组，指挥长任组长，安全长任副组长，具体组织实施对该项目的安全管理。
2、各施工队设安全管理小组，队长任组长，安全员任副组长，工班设兼职安全员，实行纵向到位，横向到边的安全管理。
3、贯彻“安全第一、预防为主”的方针，执行国家、企业关于安全生产的政策，贯彻实施劳动保护法和规章制度，努力改善施工环境。
4、结合工程特点，建立各级部门的安全生产责任制和安全生产管理制度，制定安全生产操作规程及安全生产守则，并经常检查落实情况。
5、凡进入现场的人员，均要服从值班员的指挥，遵守各项安全生产管理制度，正确使用个人防护用品。禁止穿拖鞋、高跟鞋或光脚进入施工现场。
6、坚持经常和定期安全检查的制度，及时发现事故隐患，堵塞事故漏洞，还结合安全事故的规律和季节特点，重点查防触电、防淹亡、防大灾、防交通事故等措施的落实。对检查中发现的问题及时采取措施解决，并实行奖罚制度。
7、经常与当地政府保持联系，密切同当地群众的关系，征求意见，改进工作，严肃群众纪律，搞好工农联防，共同做好施工期间的安全工作。
七、文明施工
1、有围堰施工过程中，在上游设置禁行标志牌。
2、工程结束后及时清理围堰，恢复原河道。
浙江顺建市政工程有限公司 2007年12月18日