鋼結(jié)構(gòu)圍堰設(shè)計計算規(guī)范大全一、總則與基本規(guī)定鋼結(jié)構(gòu)圍堰作為水利水電、橋梁、港口碼頭等工程建設(shè)中常用的臨時擋水結(jié)構(gòu)，其設(shè)計與計算的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性直接關(guān)系到工程安全、進(jìn)度與成本。本規(guī)范大全旨在系統(tǒng)梳理鋼結(jié)構(gòu)圍堰設(shè)計計算的核心要點、方法及關(guān)鍵控制因素，為工程實踐提供全面且實用的技術(shù)指導(dǎo)。1.1適用范圍本規(guī)范適用于各類采用鋼材作為主要結(jié)構(gòu)材料的圍堰工程，包括但不限于橋梁基礎(chǔ)施工、水下構(gòu)筑物施工、深基坑支護(hù)等場景下的臨時性擋水、擋土結(jié)構(gòu)。對于特殊地質(zhì)條件（如深厚軟土、高烈度地震區(qū)）或特殊結(jié)構(gòu)形式的鋼圍堰，尚應(yīng)結(jié)合具體工程條件進(jìn)行專項研究。1.2設(shè)計原則鋼結(jié)構(gòu)圍堰設(shè)計應(yīng)遵循“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工可行”的基本原則，并滿足以下要求：1.安全性：必須保證圍堰在施工期間及使用階段的整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全，能有效抵御各種可能的荷載作用，防止發(fā)生失穩(wěn)、變形過大或結(jié)構(gòu)破壞。2.適用性：滿足主體工程施工對作業(yè)空間、水頭控制、防水性能等方面的要求。3.經(jīng)濟(jì)性：在確保安全和適用的前提下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理選用材料，降低工程造價，并考慮可回收利用性。4.耐久性：根據(jù)圍堰的使用年限和環(huán)境條件，采取必要的防腐、防銹措施，確保結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)的性能。5.合規(guī)性：設(shè)計應(yīng)符合國家及行業(yè)現(xiàn)行相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。1.3主要術(shù)語*鋼結(jié)構(gòu)圍堰：以鋼材為主要受力構(gòu)件，用于圍護(hù)施工區(qū)域、阻擋水和土進(jìn)入，創(chuàng)造干地施工條件的臨時結(jié)構(gòu)物。*設(shè)計水位：圍堰施工及使用期間可能遭遇的最高水位，通?？紤]施工期洪水、潮汐等因素。*內(nèi)支撐：設(shè)置于圍堰內(nèi)部，用于承受水、土壓力，減小圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的桿件體系。*封底混凝土：在圍堰底部澆筑的混凝土，用于止水和將圍堰所受荷載傳遞給地基。二、荷載與作用作用于鋼結(jié)構(gòu)圍堰上的荷載與作用復(fù)雜多樣，設(shè)計時需全面考慮，準(zhǔn)確計算。主要包括以下幾類：2.1永久荷載*圍堰自重：包括鋼材、連接材料及可能的壓重等的重量。*封底混凝土自重：按實際澆筑厚度和范圍計算。*水壓力：靜水壓力是圍堰的主要荷載之一，應(yīng)根據(jù)設(shè)計水位和圍堰內(nèi)外水頭差計算。其分布與水深成正比。*土壓力：當(dāng)圍堰一側(cè)或兩側(cè)存在土體時，需計算土壓力。根據(jù)圍堰的位移情況，可按主動土壓力、靜止土壓力或被動土壓力計算。土的物理力學(xué)參數(shù)應(yīng)通過地質(zhì)勘察確定。2.2可變荷載*施工荷載：包括人員、設(shè)備、材料堆放、混凝土澆筑等產(chǎn)生的荷載，應(yīng)根據(jù)施工組織設(shè)計確定。*動水壓力：由水流對圍堰表面產(chǎn)生的壓力，與水流速度、水流形態(tài)及圍堰迎水面形狀有關(guān)。*波浪荷載：對于有波浪影響的水域，需考慮波浪對圍堰的沖擊力和浮托力。*冰荷載：在寒冷地區(qū)，當(dāng)水面可能結(jié)冰時，應(yīng)考慮冰層產(chǎn)生的靜冰壓力和動冰壓力。*溫度作用：由于環(huán)境溫度變化或日照溫差，在圍堰結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和變形。*浮力：作用于圍堰底部及浸入水中結(jié)構(gòu)的向上托力，是抗浮穩(wěn)定驗算的重要荷載。2.3偶然荷載*地震作用：根據(jù)工程所在地的地震設(shè)防烈度和場地類別，按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行地震作用計算。*船舶或漂浮物撞擊力：對于通航水域或可能有漂浮物的環(huán)境，應(yīng)考慮此類偶然撞擊荷載。2.4荷載組合應(yīng)根據(jù)圍堰的不同施工階段和使用工況，進(jìn)行最不利荷載組合?；窘M合通常包括永久荷載與可變荷載的組合；偶然組合則在基本組合基礎(chǔ)上，考慮偶然荷載的作用（如地震）。具體組合方式及分項系數(shù)應(yīng)符合現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算鋼結(jié)構(gòu)圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算是確保其安全可靠的核心環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)圍堰的類型（如單壁、雙壁、箱型、圓筒型等）、地質(zhì)條件、水文條件及施工方法，選擇合適的計算模型和分析方法。3.1總體穩(wěn)定驗算*抗傾覆穩(wěn)定驗算：驗算圍堰在側(cè)向荷載（水壓力、土壓力等）作用下，抵抗繞其基底某點轉(zhuǎn)動傾覆的能力。通常以抗傾覆力矩與傾覆力矩的比值（抗傾覆安全系數(shù)）作為評價指標(biāo)。*抗滑移穩(wěn)定驗算：驗算圍堰在側(cè)向荷載作用下，抵抗沿基底或某一潛在滑動面發(fā)生水平滑移的能力。以抗滑力與滑動力的比值（抗滑移安全系數(shù)）作為評價指標(biāo)。*整體沉降與不均勻沉降驗算：估算圍堰基礎(chǔ)的沉降量，確保沉降值在允許范圍內(nèi)，避免因沉降過大或不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞或影響施工。*抗浮穩(wěn)定驗算：對于有浮力作用的圍堰（尤其是在封底混凝土未達(dá)到設(shè)計強度或無水時），需進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗算，確保圍堰不會被浮力抬起。以總豎向力（自重等）與浮力的比值（抗浮安全系數(shù)）作為評價指標(biāo)。3.2構(gòu)件設(shè)計計算*側(cè)板（壁板）設(shè)計：側(cè)板是承受水、土壓力的主要構(gòu)件。需驗算其在側(cè)向壓力作用下的強度、剛度（撓度）及局部穩(wěn)定性。對于雙壁鋼圍堰，還需驗算內(nèi)外壁板及肋板的受力。*底板設(shè)計：若設(shè)置有鋼底板，需驗算其在水浮力、上部結(jié)構(gòu)自重及施工荷載作用下的強度和剛度。*內(nèi)支撐系統(tǒng)設(shè)計：內(nèi)支撐通常由圍檁（圈梁）和支撐桿件組成。*圍檁：承受來自側(cè)板的側(cè)向壓力，并將其傳遞給支撐。按受彎構(gòu)件進(jìn)行強度和剛度計算。*支撐桿件：主要承受軸向壓力（或拉力，視工況而定），需驗算其抗壓強度、穩(wěn)定性（整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定）。對于多道支撐，應(yīng)進(jìn)行內(nèi)力分析，確定各道支撐的受力大小。*導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計：對于需要精確定位或防止過大晃動的圍堰，其導(dǎo)向裝置（如導(dǎo)向船、導(dǎo)向架）需進(jìn)行強度和穩(wěn)定性驗算。*連接節(jié)點設(shè)計：*螺栓連接：驗算螺栓的抗剪強度、抗拉強度或拉剪組合強度，以及被連接構(gòu)件的擠壓強度。*焊接連接：驗算焊縫的強度，包括對接焊縫的抗拉（壓）、抗剪強度，角焊縫的抗剪強度等。焊接工藝和質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。*節(jié)點設(shè)計應(yīng)避免應(yīng)力集中，確保力的有效傳遞。3.3計算模型與方法*簡化計算法：對于結(jié)構(gòu)形式簡單、荷載分布均勻的圍堰，可采用簡化的力學(xué)模型進(jìn)行手算，如將圍堰視為剛體進(jìn)行整體穩(wěn)定驗算，將側(cè)板視為單向板或連續(xù)板，將內(nèi)支撐視為軸心受力構(gòu)件等。*結(jié)構(gòu)力學(xué)分析法：利用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，對圍堰的梁、桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析和計算，如采用力矩分配法、位移法等計算內(nèi)支撐的內(nèi)力。*有限元法：對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載分布不均或需進(jìn)行精細(xì)化分析的圍堰，應(yīng)采用有限元法進(jìn)行整體建模和計算?？煽紤]結(jié)構(gòu)與土、水的共同作用，更準(zhǔn)確地模擬圍堰的受力狀態(tài)和變形特征。四、構(gòu)造要求鋼結(jié)構(gòu)圍堰的構(gòu)造設(shè)計是保證其受力合理、施工方便、安全可靠的重要方面，應(yīng)與計算設(shè)計緊密結(jié)合。4.1材料選擇*鋼材應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載性質(zhì)、連接方式（焊接或螺栓連接）、工作溫度等因素選擇合適的鋼種和牌號，如Q235系列、Q345系列等。其力學(xué)性能和化學(xué)成分應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。*連接材料（焊條、焊絲、螺栓等）應(yīng)與主體鋼材相匹配，并符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。4.2構(gòu)件構(gòu)造*鋼板厚度：圍堰側(cè)板、底板、內(nèi)支撐等構(gòu)件的鋼板厚度應(yīng)根據(jù)計算確定，同時考慮制造、運輸、安裝過程中的剛度要求，不宜過薄。*加勁肋設(shè)置：為提高薄板的局部穩(wěn)定性和整體剛度，應(yīng)在側(cè)板、底板等適當(dāng)位置設(shè)置加勁肋（縱向、橫向）。加勁肋的形式（如角鋼、槽鋼、T型鋼）和布置應(yīng)通過計算確定。*內(nèi)支撐布置：內(nèi)支撐的層數(shù)、間距應(yīng)根據(jù)圍堰高度、水頭大小及側(cè)板強度、剛度要求合理確定。支撐點宜設(shè)置在節(jié)點處或加勁肋位置。支撐體系應(yīng)形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。*圍堰分塊與拼接：大型鋼圍堰通常需分塊制造、運輸和現(xiàn)場拼接。分塊大小應(yīng)考慮運輸條件、吊裝能力和現(xiàn)場焊接工作量。拼接縫的位置應(yīng)避開受力較大區(qū)域或設(shè)置加強措施。4.3止水與防滲*壁板接縫止水：鋼圍堰壁板的拼接縫（包括豎向縫和水平縫）是防水的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)采用可靠的止水措施，如焊接（確保焊透、無滲漏）、止水條（帶）、密封膠等，或多種措施組合使用。*底部止水：當(dāng)圍堰刃腳切入土層較淺或土層透水性較大時，需在圍堰底部采取止水措施，如采用高壓旋噴樁、深層攪拌樁等形成止水帷幕，或結(jié)合封底混凝土形成整體防滲體系。*與其他結(jié)構(gòu)連接部位止水：如圍堰與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、棧橋等連接部位，也應(yīng)做好止水處理。4.4防腐與防銹鋼結(jié)構(gòu)圍堰長期處于水中或潮濕環(huán)境，易發(fā)生銹蝕。應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和設(shè)計使用年限，采取有效的防腐防銹措施：*涂料防護(hù)：表面涂覆防銹底漆和面漆，定期檢查和維護(hù)。*陰極保護(hù)：對于水下部分，可考慮采用犧牲陽極或外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。*選用耐候鋼：在條件允許時，可選用具有較好耐銹蝕性能的耐候鋼。五、施工與監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)圍堰的施工質(zhì)量直接影響其設(shè)計功能的實現(xiàn)和安全穩(wěn)定性，施工過程中的監(jiān)測則是確保施工安全、驗證設(shè)計的重要手段。5.1施工方案施工前應(yīng)編制詳細(xì)的施工組織設(shè)計或?qū)ｍ検┕し桨福瑑?nèi)容包括：*圍堰的制作、運輸、拼裝（或沉放）工藝；*下水、浮運、定位、著床（或下沉）方法；*內(nèi)支撐安裝順序與要求；*封底混凝土施工；*圍堰內(nèi)排水與清淤；*圍堰的拆除方案（若為臨時結(jié)構(gòu)）。5.2施工要點*工廠制造與驗收：鋼圍堰的構(gòu)件應(yīng)在工廠內(nèi)按設(shè)計圖紙加工制造，嚴(yán)格控制尺寸偏差和焊接質(zhì)量，并進(jìn)行出廠驗收。*現(xiàn)場拼裝與焊接：現(xiàn)場拼裝應(yīng)設(shè)置可靠的支撐和定位裝置，確保幾何尺寸準(zhǔn)確。焊接工作應(yīng)符合焊接工藝要求，重要焊縫應(yīng)進(jìn)行無損檢測（如UT、MT）。*沉放與著床：對于需要下沉的圍堰（如雙壁鋼圍堰、沉井式鋼圍堰），應(yīng)控制下沉速度和均勻性，防止傾斜、偏移。著床面應(yīng)平整，必要時進(jìn)行清基或換填處理。*內(nèi)支撐安裝：內(nèi)支撐應(yīng)按設(shè)計要求的順序和預(yù)加應(yīng)力（若有）進(jìn)行安裝，確保支撐體系及時發(fā)揮作用。*封底混凝土：封底混凝土的厚度、強度等級應(yīng)符合設(shè)計要求，澆筑過程中應(yīng)防止出現(xiàn)冷縫、離析，確?；炷撩軐?。5.3施工監(jiān)測在鋼圍堰的制作、安裝、下沉、使用及拆除全過程，應(yīng)進(jìn)行必要的監(jiān)測：*位移監(jiān)測：包括圍堰的平面位置偏移、沉降、傾斜、結(jié)構(gòu)的水平及豎向位移。*應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：對關(guān)鍵構(gòu)件（如側(cè)板、內(nèi)支撐、連接節(jié)點）進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測，掌握其實際受力狀態(tài)。*水位及滲漏監(jiān)測：監(jiān)測圍堰內(nèi)外水位差，檢查圍堰的滲漏情況，評估止水效果。*土壓力監(jiān)測：必要時監(jiān)測圍堰外側(cè)的土壓力分布。*監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)及時分析、反饋，若發(fā)現(xiàn)異常情況（如位移或應(yīng)力超過預(yù)警值），應(yīng)立即采取措施，確保施工安全。六、質(zhì)量檢驗與驗收鋼結(jié)構(gòu)圍堰的質(zhì)量檢驗與驗收應(yīng)貫穿于設(shè)計、制造、施工的全過程，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計文件進(jìn)行。6.1材料檢驗鋼材、焊接材料、螺栓等主要材料進(jìn)場時，必須具有出廠合格證、質(zhì)保書，并按規(guī)定進(jìn)行抽樣復(fù)驗，合格后方可使用。6.2制作與安裝檢驗*工廠制作檢驗：包括構(gòu)件尺寸偏差、焊縫質(zhì)量、涂裝質(zhì)量等。*現(xiàn)場安裝檢驗：包括圍堰整體尺寸、平面位置、高程、垂直度、接縫質(zhì)量、內(nèi)支撐安裝質(zhì)量等。6.3驗收*分項工程驗收：如鋼構(gòu)件制作驗收、圍堰拼裝驗收、下沉就位驗收、封底混凝土驗收等。*竣工驗收：圍堰工程完成后，應(yīng)進(jìn)行竣工驗收。驗收內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)外觀、尺寸偏差、強度、穩(wěn)定性、止水性能、監(jiān)測資料等是否符合設(shè)計要求和相關(guān)規(guī)范規(guī)定。驗收合格后方可交付使用。七、結(jié)論與建議鋼結(jié)構(gòu)圍堰設(shè)計計算是一項系統(tǒng)工程，涉及水力學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等多學(xué)科知識，并與施工技術(shù)緊密相關(guān)。設(shè)計者應(yīng)充分掌握工程所在地的水文、地質(zhì)條件，合理選擇圍堰類型和結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行全面的荷載分析和精確的結(jié)構(gòu)計算，同時重視構(gòu)造措施和施工工藝。建議在實際工程中：1.重視方案比選，選