本发明涉及一种船坞止水构件及其制备安装方法，属于水运工程技术领域领域。

背景技术：

通常船坞坞墙钢板桩施工过程中，送桩、喂桩采用振动锤击送桩，先插桩成一排屏风状，再间隔送桩，桩顶最终至泥面高度6-8m，插装时入土深度较浅，施工过程中由振动锤对受压构件产生的侧向偏心力可由钢板桩自由转动消耗。当一排桩的桩顶距泥面6-8m后，开始往泥面以下锤击送桩时，桩身下部由于受前后土体的固结作用，钢板桩无法在一定程度内自由转动，由于钢板桩形心轴与锤击中心点，在锤击过程中所产生的竖向力无法保证在同一位置，且钢板桩前后板重度不一样，受压构件产生的侧向力将靠翼缘板锁口前后振动消耗。此过程持续容易造成钢板桩锁口松弛、脱落。钢板桩整体也会产生一定量的变形，对于后期结构的安全性、适用性、耐久性均有严重影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船坞止水构件及其制备安装方法，以减少锤击过程中对翼缘板锁口的损伤。

本发明采用了如下技术方案：

本发明提供一种船坞止水构件，其特征在于，包括：钢板桩组，包含多个钢板桩，钢板桩包括钢板桩本体和连接构件，连接构件包括凸形翼缘板板和凹形翼缘板，凸形翼缘板板和凹形翼缘板分别位于钢板桩的两侧，相邻两个钢板桩之间通过凸形翼缘板板和凹形翼缘板相互扣合在一起，多个“]”字型限位板和平板限位钢板，分别设置在钢板桩翼缘板两侧，固定焊接。

进一步，本发明的船坞止水构件，还具有这样的特征：两侧的“]”字型限位板和平板限位钢板不在同一截面高度处。

进一步，本发明的船坞止水构件，还具有这样的特征：“]”字型限位板和平板限位钢板中位置最低的一块板到泥面的标高小于等于2m。

进一步，本发明的船坞止水构件，还具有这样的特征：“]”字型限位板和平板限位钢板中位置最低的一块板到泥面的标高大于等于1米，小于等于2m。

进一步，本发明的船坞止水构件，还具有这样的特征：各个“]”字型限位板之间的间距为0.5米。

进一步，本发明的船坞止水构件，还具有这样的特征：各个平板限位钢板之间的间距为0.5米。

进一步，本发明的船坞止水构件，还具有这样的特征：“]”字型限位板的主板净长150mm，侧板净长100mm，板高100mm，厚20mm，平板限位钢板宽100mm，高20mm，长150mm。

本发明还提供船坞止水构件的制备安装方法，其特征在于，包括：

步骤一、制作钢板桩，钢板桩为六边形，通过钢板的弯折或焊接而成，在六边形的左右两侧分别焊接凹形翼缘钢板和凸形翼缘钢板，相邻的一个钢板桩凹形翼缘钢板和另一个钢板桩凹形翼缘钢板凸形翼缘钢板的位置相匹配；

步骤二、将多个相邻的两个钢板桩的凹形翼缘钢板和凸形翼缘钢板扣在一起，形成钢板桩组；

步骤三、取预定数量的“]”字型限位板和平板限位钢板，将“]”字型限位板焊接在凹形翼缘钢板侧，将平板限位钢板焊接在凸形翼缘钢板一侧，焊角坡高<6mm，焊缝长度为板长的一半。

进一步，本发明的船坞止水构件的制备安装方法，还具有这样的特征：焊接时，两侧限位板不在同一截面高度处。

进一步，本发明的船坞止水构件的制备安装方法，还具有这样的特征：各个“]”字型限位板之间的间距为0.5米，各个平板限位钢板之间的间距为0.5米。

发明的有益效果在于，本发明的船坞止水构件，在锤击送桩时对钢板桩进行有效的限位，用“]”字型限位板和平板限位钢板消耗掉侧向动能，可明显保障钢板桩在施工过程中翼缘板的扭曲和锁口的脱落变形。

附图说明

图1是船坞止水构件的结构示意图。

图2是多个船坞止水构件在钢板桩上纵向排列的示意图。

图3a和图3b是竖向压力p与侧向振动频率w的线性关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，船坞止水构件包括：一组“]”字型限位板和平板限位钢板。凹形翼缘钢板31一侧采用“]”字型限位板1，“]”字型限位板1采用q355锰钢板，主板11净长150mm，侧板12净长100mm，板高100mm，厚20mm。在本实施方式中总共设置五块板，板间距间隔0.5m。凸形翼缘板32一侧为平板限位钢板2，平板限位钢板2也采用方形q355锰钢板，平板限位钢板2宽100mm,高20mm,长150mm,间距0.5m，同样的，在本实施方式中共设置五块板。平板限位钢板2的标高与“]字板”错开。“]”字型限位板和平板限位钢板的位置由施工过程中施工操作性决定，最低的一块限位板到泥面标高<2m。

钢板桩不仅是船坞坞室的止水构件，也是船坞结构中整个拉铆体系的被拉构架，船坞的挡土结构，并承受部分廊道自重，属于整个船坞坞室结构中的重要构件。钢导架对钢板桩结构主板进行限位，控制与坞内板面在同一直线。

对于钢板桩，可将其按理想弹性体考虑，其受力来源主要为上部冲击力，下方由土层承载，左右由土层限位。可按杆件静定结构进行分析，两侧为铰接链接。可将钢板桩按简支梁进行处理，板宽间距为l，竖向压力为p，考虑其自由振动，对构件上截面进行弹性分析，分别用p、q、m表示x截面与x+dx截面上的轴力、剪力、弯矩以及振动时的惯性力。

则在振动过程中，x在某一时刻t的绕度为y(x,t),梁的线密度为钢板桩的材料密度为ρ，横截面积围为a，刚度为ei，产生的惯性力为其方向与振动加速度相反，加速度公式为由达朗贝尔原理∑y＝0,∑y＝0,及由此建立受压杆件小偏心振动微分方程。

由此带入边界条件，

在临边极限条件下已知∵t(t)×y(x)＝y(t,x)，

∴

由弹力力学理论可知

∵

∴

此时w就是杆件的振动频率。

现进行第二种假设，当边界条件上沿y轴方向的力均为0时；

考虑时间的固有频率，y(0,t)＝0,y(l，t)＝0，

y/(0)＝0,y/(l)＝0.y//(l)＝0,y//(0)＝0

将y(x,t)＝y(x)×t(t)带入后解的；

带入常数a、b、c、d。y(x)＝asinβx+bcosβx+csinαx+dcosαx

解得：将上式中的d＝0,b＝0,sinβl＝0带入特征方程，使βl＝nπ(n＝1,2,3,4,5.....)

其中n为振动型控制变量的固有频率，ωn2为振动型变量。

将带入式中

经证明，竖向压力p与侧向振动频率w具有强相关线性关系。竖向力将引起侧向振动与侧向偏移，具体偏移方向以小偏心位移方向为参考。故钢板桩在锤击送桩过程中将会发生侧向力。

随着柴油锤锤击功率的不断变化，桩身侧向力并非定值，本限位板数量与尺寸为现场试验所得。限位板左右各五块，间距为0.5m，方形板采用双面焊，焊角坡高要求<6mm。焊缝长度为板长的一半，为75mm。“]”字型限位板1由于与母材接触面积较少，焊缝采用半熔透焊。在实验过程中，将不同数量的板分别放在了钢板桩不同的位置，最终效果显示在距泥地面1-2m的高度处位置最佳，且前后各五块限位板对翼缘板的保护效果最好，用料最省。

本实施方式对钢板桩侧翼缘板两侧受由竖向冲击引起的侧向力进行了消耗，对锁口起到了一定程度的保护作用，且成本较低，易于推广实施。

船坞止水构件的制备和安装方法，其特征在于，包括：

步骤一、组合钢板桩：每个钢板桩的两侧分别具有凹形翼缘钢板和凸形翼缘钢板，将相邻的两个钢板桩的凹形翼缘钢板和凸形翼缘钢板扣在一起；各个“]”字型限位板之间的间距为0.5米，各个平板限位钢板之间的间距为0.5米。

步骤二、取预定数量的“]”字型限位板和平板限位钢板，将“]”字型限位板焊接在凹形翼缘钢板侧，将平板限位钢板焊接在凸形翼缘钢板一侧，焊角坡高要求<6mm。焊缝长度为板长的一半。焊接时，两侧限位板不在同一截面高度处。

本实施方式在原方案的基础上增加限位装置，用外部构件替代了钢板桩翼缘板在锤击送桩的过程中对锁口的振动，并在一定限度上控制了钢板桩的扭曲转动，增强了结构的稳定性。后期土方开挖后对未焊接限位板的与安装限位板的钢板桩进行对比，从锁口外观、翼缘板平直度，并用超声波探伤进行分析，对钢板桩进行检验统计后证明安装限位板后的效果明显优于直接施工。

相对于未采用“]”字型限位板和平板限位钢板，直接对钢板桩进行锤击的效果，本实施方式的限位板有效避免了锁口损伤和翼缘板弯曲。对钢板桩整体的稳定性、止水效果均有更好的保证。