摘 要

为了确保河谷汉江大桥23#桥墩钢板桩围堰施工的顺利进行，本文介绍了此钢板桩围堰工程的设计施工方案。通过划分六个不同的施工阶段来模拟整个施工进程，分别使用Midas civil与理正深基坑建模获得整个围堰的空间模型。在使用midas civil建模中，可以施加不同的支承条件来模拟钢板桩受到的约束，探讨了钢板桩在施加不同的边界条件下计算结果的差异。在midas civil模型中获得六个工况下的钢板桩应力、腰梁应力、内支撑应力、内支撑轴力以及围堰整体位移结果，在理正深基坑模型中获得控制工况下钢板桩弯矩、腰梁弯矩与轴力、内支撑弯矩与轴力以及各施工阶段下围堰整体位移结果。另外也对基坑底部抗隆起、基坑整体抗倾覆稳定性、围堰坑底涌砂、钢板桩最小入土深度进行验算，以此来确保整个围堰施工的安全性与可靠性。计算结果表明，尽管此钢板桩围堰内力与变形均满足规范要求，但也存在一定的不足之处，最后针对此钢围堰存在的缺陷提出合理的结构优化建议。

关键词：钢板桩围堰；施工阶段；midas civil；计算；理正深基坑

Abstract

For the sake of the smooth progress of the construction of the steel pile fence of the Hanjiang Bridge 23 in the valley, this paper shows the design and construction plan of this steel pile fence project. By dividing six different construction phases to simulate the entire construction process, the space model of the whole enclosure is obtained using Midas civil and rational deep pit modeling. In midas civil modeling, different support conditions can be applied to simulate the constraints of steel plate piles, and the differences in the calculation results of steel piles under different boundary conditions are discussed. In the midas civil model, the result of steel plate pile stress, lumbar beam stress, inner support stress, inner support shaft force and the overall displacement of the fence under six operating conditions is obtained, and the result of the steel plate pile bending moment, lumbar beam bending and shaft force, inner support bending moment and shaft force, and the overall displacement of the under-envelope enclosure under each construction stage are obtained in the rational deep pit model. In addition, the base pit bottom anti-bulge, the base pit overall anti-dumping stability, the bottom of the pit sand, steel pile minimum depth of soil ingress, in order to ensure the safety and reliability of the entire fence construction. The results show that although the inner force and deformation of the steel plate pile fence meet the specification requirements, there are still some shortcomings, and finally, a reasonable structural optimization proposal is put forward for the defects of the steel fence.

Keywords: steel pile enclosure；construction phase；midas civil；calculation；Correction deep foundation pit

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 钢板桩围堰简介 1

1.1.2 钢板桩围堰在工程上的应用 1

1.2 项目基本资料 2

1.2.1 工程概况 2

1.2.2 围堰施工工艺与流程 2

1.3 本文的主要研究工作 3

1.4 研究方法 4

第二章 建模前信息处理 5

2.1 围堰基本信息 5

2.1.1 材料特性与土体参数 5

2.1.2 各构件空间位置 5

2.1.3 计算工况划分 7

2.2 施工阶段荷载计算 7

2.2.1 土压力计算 8

2.2.2 静水压力与流动水压力计算 10

2.3 边界条件计算 12

2.3.1 节点弹性支承 13

2.3.2 桩土固结 14

2.3.2 面弹性支承 14

第三章 建立23#围堰空间模型 17

3.1 midas civil建立空间模型 17

3.1.1 建立单元模型 17

3.1.2 施加边界条件 17

3.1.3 施加荷载 17

3.1.4 施工阶段定义 18

3.1.5 运行分析 18

3.2 理正深基坑建立单元模型与空间模型 18

3.2.1 单元模型 19

3.2.2 整体模型 20

第四章 模型求解 22

4.1 施加节点弹性支承时midas civil建模结果 22

4.1.1 第一工况 22

4.1.2 第二工况 25

4.1.3 第三工况 28

4.1.4 第四工况 31

4.1.5 第五工况 34

4.1.6 第六工况 37

4.2 施加桩土固结时midas civil建模结果 39

4.2.1 第一工况 39

4.2.2 第二工况 39

4.2.3 第三工况 40

4.2.4 其余工况 40

4.3 施加面弹性支承时midas civil建模结果 40

4.3.1 第一工况 40

4.3.2 第二工况 41

4.3.3 第三工况 41

4.4.4 其余工况 42

4.4 不同边界条件下midas civil计算结果对比 42

4.4.1 工况一对比 42

4.4.2 工况二对比 43

4.4.3 工况三对比 44

4.4.4 其余工况对比 45

4.4.5 对比结果分析 45

4.5 理正深基坑建模结果 45

4.5.1 控制工况下各构件内力 46

4.5.2 各工况下构件位移 48

第五章 基坑稳定性分析 51

5.1 midas civil模型基坑稳定性分析 51

5.1.1 内支撑稳定性验算 51

5.1.2 基坑底部隆起验算 52

5.1.3 基坑整体抗倾覆稳定性验算 53

5.1.4 围堰坑底涌砂验算 54

5.1.5 钢板桩最小入土深度的计算 54

5.2 理正深基坑模型基坑稳定性分析 55

第六章 改进措施 59

参考文献 60

致谢 61

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 钢板桩围堰简介

钢板桩是一种用来挡水挡土的钢结构。在众多类型的钢板桩中，拉森钢板桩又区别于普通的槽钢，因其具有优良的加工性能与两边特殊的接头结构，在进行水下施工时可以更好地完成预定的施工任务，其优越性如下：

（1）强度高，质量轻，隔水性能好；

（2）施工简便，耐久性能良好，设计使用年限50年以上；

（3）互换性能好，可以重复使用5～8次^[1]；

（4）使用时效性较强，可以用于防洪，防流沙等救灾抢险中；

围堰是土木工程施工中临时挡土、挡水的结构物。围堰按建筑材料可分为木板围堰、草袋围堰、土石围堰、钢围堰、钢筋混凝土围堰等，其中钢围堰又可以分为钢板桩围堰、双壁钢围堰、单壁钢围堰、钢吊箱围堰等^[2]。钢板桩围堰常用于基础工程的施工，它克服了施工区域的水土压力差，为施工作业人员提供了一个无水的作业环境。围堰内的支撑体系包括纵向支撑、横向支撑、斜支撑、立柱等。

随着国家基建事业的快速发展，钢板桩围堰的运用也越来越广泛，但是也存在一定的不足之处：