钢板桩技术在船厂水工等工程中的应用研究和工程实践（三）

                钢板桩技术在船厂水工等工程中的应用研究和工程实践

姜乃锋 顾倩燕 (中船第九设计研究院工程有限公司)

摘 要:钢板桩是一种可重复利用的金属建材,具有高强、轻型、止水性好,耐久性强,施工效率高、占地少等独转的优点,满足环境保护和社会可持续发展要求。中船九院多年来一直致力于钢板桩技术在船厂水工等工程中的开发和应用研究，本文通过对钢板脏的种类、钢板社围堰结构形式的开拓创断、组合钢板址坞壁结构的国产化开发、钢板桩止水墙技术的研究和实政等方面的简要介绍,展示了当前在国内船厂建设等工程中钢板桩技术的应用水平,并对钢板桩技术的进一步推广和应用提出了设想和建议。

关键词:钢板桩技术 围堰 坞壁站构 止水墙

Application research and the engineering practice of sheet pile

 technology to the shipyard and hydraulic engineering

Jiang Naifeng  Gu Qianyan

(CHINA SHIPBUILDING NDRI ENCINEERING CO., LTD SHANCHAI 200063)

Abstract Steel sheet pile is a kind of metal construction material which can be reused. Characterized with advantages such as high strength,light mass, good perormance in water-proof and durability, high work efficieney, little occupation, etc, it well meets the requirements of envi-ronment protection and social sustainable development. NDRI has been dedicated for years in the development and application research of steel sheet pile technology to the shipyard and hydraulic engineering. A brief introduction to the types of steel sheet pile, development and innovation of sfeel sheet pile cofferdam framework, domestic exploitation of combined steel sheet pile for dock wall framework, technology research and applieation of steel sheet pile as water proof wall will be presented in this paper, lt represents the application of steel sheet pile inpresent home shipyard engineering, while some conceptions and suggestions to widen the application of steel sheet pile technology will be adranced.

Key words sheet pile technology, cofferdam, dock wall framework , water proof wall

1 引言

钢板桩作为一种金属建材,因其简单而又实用的结构形式,在满足工程的结构功能、安全性和环境保护方面具有强大的优势。钢板桩工程与其它工程比较有如下特点:

a. 施工简单,无需准备大型施工设备;

b. 能快速施工,可大幅度缩短工期:

C.在地基条件有变化时,只要改变钢板桩的截面和长度,即可得到相应的解决方案;

d.结构轻型,抗震能力强:

e.具有较大的适应变形的能力,能够采用弹性理论进行合理、经济的设计。

正因如此，钢板桩自上世纪初在欧洲开始生产以来,就逐步在欧洲、日本等国家和地区的永久性工程(如岸壁、防波堤、护岸、船坞、码头、人工岛、水/船闸、地下隧道、路堤、挡土墙、防渗墙、地基加固等)和临时性工程(如:围堰、基坑围护等)中得到广泛的应用。随着船厂建设的发展，自上世纪60年代起,中船九院就一直致力于钢板桩技术的开发和应用研究,在船厂水工工程、市政工程、建筑工程等工程建设中进行了大量的工程实践,取得一系列成果。本文就九院在临时围堰工程、永久性的船坞坞壁结构、永久性的船坞止水结构等方面对钢板桩技术开发、应用研究和工程实践进行简要的介绍。

2 钢板桩的种类

钢板桩从其生产工艺来分有薄壁冷弯型和热轧型由于前者在加工和使用方面具有较大的局限性、因此,一般工程中热轧型钢板桩较为常用。

钢板桩从其断面形状来分，有U型、Z型、Fla(直线）型、H型、钢管型5种基本型及其组合型。简介如下:U型钢板桩结构形式对称，非常方便重复利用是最为常用的钢板桩形式。宽度b=400、600、750--,900mm.截面模量w=600~3200cm³/m,重量:76-190kg/m²。

Z形钢板桩最本质的力学特性在于:腹板的连续性和锁口对称分布在中和轴两侧特定的位置,这两方面都对钢板桩的截面抵抗矩有着积极的影响,使其具有更大的惯性矩。

Z型钢板桩宽度 b=670、630、580mm，截而模量 w=1200-5015cm³/m,重量:99~253kg/m²。CAZ组合钢板桩宽度b=1340、1260、1160mm,截面模量 w=3086~12741ecm³/m.重量:171-447kg/m²。

直线型钢板桩宽度 b=500mm,重量:128~154kg/m²。具有拉力很强的锁口,最大至5000KN/m,一般用作格型钢板桩结构。

H型钢板桩,高度 h=575~975mm,b=460mm,截面模量 w=4375~12710cm³,重量:157~292kg/m,一般用于组合结构。

钢管型钢板桩一般用于组合结构，具有高达18000cm³/m 的截面模量。

3钢板桩围堰结构形式的开拓创新和展望

利用钢板桩作为水上施工的临时围堰工程,一般有单排钢板桩、双排钢板桩、格型钢板桩围堰等结构形式在近50年的工程实践中，我院科技人员始终以环境条件为要素,工程安全、结构合理、造价经济、方便施工为原则,通过继承和创新,结合工程研究开发出一个又一个钢板桩围堰新技术。如:单排钢板桩半圆拱形围堰、大跨度双排钢板桩围堰、单排钢板桩大直径圆形围堰、岛式~半岛式钢板桩基坑围护式围堰、与坞门、坞墩等主体结构相结合的单排钢板桩围堰、与土坝、沉箱、方块等结构组合的单排钢板钢板桩防渗墙围堰等新型结构。

3.1 单排钢板桩围堰

单排钢板桩围堰作为临时挡水结构，具有构造简单、投资省、占地小等明显优点,一般用于挡水高度较小的场合,其外荷载由钢板桩的抗弯刚度及入土部分的侧向抗力来承受,可根据需要采用不同的平面布置形式。

1969年上海江南造船厂2号船坞改造工程(万吨级,有效尺度184x24x9.0m),坞口建造首次采用了单排钢板桩半圆拱形围堰。

3.2 双排钢板桩围堰

双排钢板桩围堰是由两排并立的钢板桩(排距通过计算确定,一般为10~15m)通过上部的连续钢梁与钢拉杆连接,内部回填砂土后形成自立的挡水堰体。由钢板桩入土部分的被动土压力、中间填料的抗剪力以及钢板桩的抗弯刚度来共同抵抗外力。一般可采用U型、Z型钢板桩。适用于水深、浪大、流急的软土地基以及单排钢板桩、土坝围堰不易建造的场合。

双排钢板桩围堰是船坞工程常规的坞口建造方法之一,一般跨度不超过200m。随着现代化船厂生产纲领的需要,船坞双座并列的布置形式对坞口的建造提出了新的课题。为统筹安排施工，节省工程造价在继承和集成已有设计技术的基础上，不断创新,提出大跨度双排钢板桩围堰双坞口并列建造的设计新技术,并获得了成功。