浅析挡土墙设计要点
第10卷2010龟
第4期
4月
中国水运
Chi
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VoI.10ApriI
No.42010
Water
Transport
浅析挡土墙设计要点
郑宽新
(新疆阿拉尔市塔里木灌区水利管理处新疆阿拉尔843000)
摘要:水工挡土墙设计水平的提高,要求对其设计标准和技术要求进行统一,从技术、安全、实用、经济、管理等方面适应水里水电工程建设的需要。文中从水工挡土墙荷载和地基处理两大方面入手,分析其设计时在荷载和地基处理方面注意的要求,以提高水工挡土墙的设计水平。关键词:水工工程;挡土墙;荷载;地基处理中图分类号:TU223
文献标识码:A
文章编号:1006—7973(2010)04-0129-02
水工挡土墙附属于水工建筑物的承受土压力、防止土体塌滑的挡土建筑物。其设计要求认真搜集有关荷载和地基的各项基本资料,从实际出发,积极采用新结构、新材料和新技术等。
一、荷载
有关水工挡土墙荷载设计的考虑范畴,要求在荷载分类、组合与荷载计算方面入手综合分析。
1.分类(1)基本荷载
填料和永久设备自重,主要考虑结构与底板以上部分;车辆、人群荷载,主要考虑填土破裂体范围;水重,主要考虑水位运行正常、洪水位设计或墙后地下水位正常的情况下底板上的范围;静水压力、扬压力、土压力,主要考虑水位运行正常、洪水位设计或墙后地下水位正常的情况下的压力;淤沙压力;风浪压力;冰压力;土的冻胀力;其他普通荷载,综合具体情况而言。
(2)特殊荷载
水宦、静水压力、土压力,主要考虑校核洪水位或墙后地下高水位情况底板上的范围;风浪压力,相对于校核洪水位情况而言;地震荷载;其他特殊荷载,主要针对具体较少出现荷载而言。
(3)组合
基本荷载组成基本组合;由基本荷载和一种以上(包含一种)特殊荷载组成的荷载为特殊组合。水工挡土墙设计人员计算挡土墙稳定性和应力时要求验算施工期(即前后无水与墙后部分填土)和检修期(墙前无水和墙后有地下水)等情况。另外,位于行洪河道堤防上的挡土墙,除了上面几方验算情况外,还要计算墙前由设计洪水位(或最高挡水位)骤降至正常运行水位时的不利情况,要求按照特殊荷载组合计算;车辆、人群荷载、风浪压力以及地震荷载等综合荷载计算根据的是稳定和结构,在各自的最不利受力情况下确定其是否叠加作用。
2.计算
①材料与设备计算。填料自重和材料重度,挡土墙结构与上面部分,应当按照几何尺寸计算;永久性设备重量,应采用铭牌重量。②车辆与人群荷载。按照国家现行有关标准规定,计算作用于挡土墙墙后填土破裂体范围内的超荷载,
收稿日期:2010—02—09
简化为等代荷载。③水重计算。按照作用于底板上的水的实际体积及水的重度计算,如果属于多泥沙河流上的挡土墙还
要求考虑含沙量对水重度的影响。④静水压力计算。按照挡
土墙不同情况下墙前和墙后水位组合条件下作用于其上静水情况进行计算。⑤扬压力计算。按照地基类别、防渗与排水布置及墙前、墙后水位组合条件下作用于基底面情况进行计算。⑥土压力。按照墙后填土性质、挡土高度、填土内的地下水位、填土顶面坡角及超荷载等作用于墙上情况进行计算。⑦淤泥压力计算。按照墙前可能淤泥厚度及泥沙重度等作用于墙上压力进行计算。⑧风浪压力计算。按照墙前风向、风速、风区长度、风区内的平均水深以及墙前实际波态的判别等,并且作用于墙上的风浪情况进行分析。⑨其他荷载计算。按照国家现行的有关标准的规定计算,但必须根据施工各阶段实际情况计算。譬如作用于挡土墙上冰压力、地震荷载等的计算。
二、地基处理
结构的稳定对于水工建筑物而言尤为重要。要求地基能够适应承载力、稳定和变形的情况。因此,对于水工挡土墙来说,当天然地基不能够满足承载力、稳定和变形的要求时,应当采取人工措施对地基进行加固。
1.地基处理目的
所谓人工地基处理,指的是采取人工的措施进行加固的地基,譬如采取桩基、沉井等刚性基础,以及采取换土、深层搅拌等加固方法的柔性地基。进行水工挡土墙地基处理的过程中,往往出现结构倾斜和歪斜等现象,不仅影响地基的正常使用,还可能因地基处理污染到地表水和地下水或对周边已有建筑物造成损坏,一套好的地基处理方案,能够满足挡土墙的结构安全,还能够有效防止震动对周围环境的噪音污染。一般来说,水工挡土墙地基处理的目的有三个:①增加地基承受压力的性能;②提高基地的稳定性,有效防止外来荷载对建筑物的损害;③减少有害沉降对地基的不良影响,另一方面还防止了地基的渗透变形。
根据地基处理挡土墙关于承载力、稳定性和变形三大方面的要求应根据具体的工程进行因地制宜的处理。工程实践亦证明,采用加强上部结构整体性和刚度的方法,对于地基
作者简介:郑宽新(1974一),男,新疆阿拉尔市塔里木灌区水利管理处,主要从事农田水利工程建设及水土保持工作。
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1-2排夯击点的方式。
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处理工程有较好的技术经济效果。在进行工程设计的时候,综合地基、基础以及其上部结构的共同作用,方案尽量将上部结构和地基处理相结合进行设计。譬如针对地基承载力的问题采取措施满足地基的承载力,消除承载力的不良影响。
2.处理方法
根据地基的不同,设计考虑的地基处理方法因地制宜,一般情况下,水工挡土墙地基处理分为土质地基处理和岩石地基处理两种。
(1)土质地基处理
土质地基是指疏松的砂性土或软弱粘性土地基。①分析内容:
a.地基处理目的和要求。砂性土疏松问题或粘性土软弱问题的解决,满足挡土墙对地基承载力、稳定性等的需求。
b.地基条件。根据地基性质选择处理地基的具体方法,譬如强力夯实法适用于加固碎石土、砂性土、低饱和度粉土、湿陷性黄土、素填土、杂填土和工业废渣等地基。
C.材料。砂、碎石、素土和灰土等强度较高的材料。d.机具来源。根据工程具体需求。
e.工程投资。根据工程具体情况进行预算。②强力夯实法
强力夯实法是采用一定重量的夯锤从高处自由落下,给地基以强大冲击力和振动,通过加密(使空气或气体排除)、固结(使水或流体排除)和预结变形(使各种颗粒成分在结构上重新排列)的作用,从而改善地基上的工程性质,使地基的渗透性、压缩性降低,密实度、承载力、稳定性得到提高,适陷性和液化可能性得以消除。
a.夯锤选择。100kn一400kn之间,落距10m一26.6m之问,具体根据吊车的吨位选择。
b.平均夯沉量。强力夯实的加固效果与与单点夯击与夯击次数息息相关,一般通过现场最佳夯击能试验确定,譬如以粘性土以及湿陷土最后两遍平均夯沉量不宜大于1.0cm-2.0cm,而砂性土一般不宜大于0.5cm一1.0cm。
C.有效处理深度。反映出地基处理效果的重要参数。要全面考虑锤重、落距、土质、地下水位埋藏深度、夯点差距、夯击遍数、每遍击数、间歇时间等强夯参数,主要根据现场试夯结果和当地已建工程的经验确定。目前一般采用外扩
d.地基强度检测确定。可采用现场静力触探、钻孔取样的试验,必要时通过现场荷载试验验证。其中施工后地基强度的增强需要一段时间,因此此法施工后的地基应该留置
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0-30天后再进行现场检测。
(2)岩石地基处理
岩石地基在全风化带的颗粒处于一种松散的状态,因此
要求根据挡土墙的受力条件和重要性进行适当处理。一般采用固结灌浆处理,可按梅花形或方格形布置,孔距、排距采取3m-4m,孔深3m-5m,并适当采取一些防止渗透破坏的加固措施。而弱风化状态的岩石地基,一般能够满足挡土墙的承载要求,因此只需对其中的裂缝进行相应的处理。至于岩石地基进行固结灌浆的各种设计参数,包括孔距、排距、孔深等,主要的依据是有关属于岩石地基的水闸工程的实践经验,其处理措施,也是根据上述经验提出的。最常见的方法是挖除断层破碎带的一部分,才赢混凝土回填,再根据工程具体需要布置适量的钢筋。
(3)其他地基处理
如果遇到溶洞、溶沟等地质结构,水工建筑物的选址应该尽量避开这些对地基整体稳定性有影响的地方;如果无法避免,则要综合根据所处的位置、大小、埋藏深度并结合当地的水文地质条件等分析处理,常见地基处理方法是挖填和压力灌浆等方法。
三、结束语
水工挡土墙荷载分析和地基处理等设计选用的基本资料应准确可靠,最大限度满足设计水平,与水工挡土墙相协调。设计还要从实际出发,在实际技术和工程经验相结合,积极采用先进的技术、利用高质量的材料、综合采取新的结构,并且符合有关国家现行的有关标准规定。
参考文献
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(上接第128页)
堤心砂袋充灌是采用船上充灌,水下成型的施工工艺。
在设计各层砂袋位置时,充分考虑将各层砂袋搭接处错开排列,避免形成垂直通缝。
袋装砂堤心断面轮廓线不得大于设计断面,坡面坡度应复合设计要求1:1.5。
五、结论
在长江口深水航道治理二期工程促淤潜堤工程较为系统化地应用了袋装砂的充灌流程及施工工艺,取得了良好的工程效果。但是目前,袋装砂施工工艺在深水筑堤中的应用技术并不十分成熟,还需要从施工中不断摸索、实践,并不断调整、完善施工工艺,形成较为成熟的施工经验,建立一套更为完整的施工理论,为以后类似的工程施工打下坚实的基础。
在施工时由于悬挂在砂袋充灌船外侧水体中的砂袋自由段受水流的影响,可能导致袋体的偏移或扭曲,从而影响砂袋在水下的准确位置,最终影响袋装砂堤心成型轴线的偏差。在二期工程SIIA标南导堤袋装砂堤心充灌施工时,由于所在区域的涨落潮流为往复流,且其流向与堤轴线方向一致,因此,在施工时对砂袋轴线偏差的影响较小。在促淤潜堤工程中,涨落潮流方向垂直堤轴线,对砂袋充灌施工水下位置的影响会很大。为此要严格组织施工,加强充灌施工时的检测,随时调整船位,以校正砂袋在水下的成型位置。
堤心充砂袋层与层之间交错排列,不得形成垂直通缝。