水利工程論文-二期上游土石圍堰度汛子堰加筋土擋墻設(shè)計(jì)研究摘要：三峽二期上游土石圍堰第二道防滲墻按計(jì)劃在1998年6月底才能完建，已進(jìn)入汛期，采取填筑于堰的臨時(shí)度汛措施保護(hù)第二道防滲墻施工。為給施工機(jī)械保留適度作業(yè)空間，在于堰背水側(cè)設(shè)置檔墻以收束子堰坡腳。為確保圍堰安全度汛，在三峽圍堰工程中首次采用加筋土工程技術(shù)，方便了施工，節(jié)約了投資，加快了進(jìn)度。關(guān)鍵詞：二期圍堰度汛子堰加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工技術(shù)1概述三峽二期土石圍堰由上、下游土石因堰組成，是三峽工程最重要的臨時(shí)建筑物之一。上游土石圍堰采用低雙墻上接土工合成材料、墻底強(qiáng)透水巖體帳幕灌漿的防滲方案。雙墻設(shè)在河床深槽部位(樁號(hào)0+4540+616m，長(zhǎng)162m)，兩墻中心距6m。防滲墻施工平臺(tái)高程73m。按照二期上游土石圍堰防滲墻施工進(jìn)度安排，第二道防滲墻在6月底才能完建，已進(jìn)入汛期，因此必須考慮臨時(shí)度汛措施，以保護(hù)第二道防滲墻汛期安全施工及圍堰安全度汛。設(shè)計(jì)采取在上游墻完建后，于其上游側(cè)填筑子堰的臨時(shí)度汛措施。子堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)流量Q72300m3/s，相應(yīng)上游水位82.3m。子堰堰頂高程83.5m，采用土工合成材料防滲(圖1)。子堰背水側(cè)需設(shè)置擋墻以收束子堰坡腳，以便給第二道防滲墻的施工留有適度作業(yè)空間并相機(jī)進(jìn)行上游墻的帳幕灌漿施工。鑒于第二道防滲墻及上游墻墻底帳幕灌漿施工機(jī)械布置尺度的需要，以及施工環(huán)節(jié)多、施工程序復(fù)雜等原因，子堰擋墻距離上游墻軸線至少為0.6m。由于子堰向上游移，使擋墻的受力條件惡化，對(duì)其穩(wěn)定不利，如果再采用混凝土重力式擋墻方式，勢(shì)必使其尺寸加大，增加混凝土工程量，于經(jīng)濟(jì)與進(jìn)度方面均不利。為此，設(shè)計(jì)經(jīng)研究比較采用加筋土直立式擋墻方案。2方案比較設(shè)計(jì)著重研究比較了混凝土重力式擋墻和加筋土直立式擋墻兩種方案。圖一度汛子堰典型斷面2.l混凝土重力式擋墻混凝土重力式擋墻是一種傳統(tǒng)的擋土墻結(jié)構(gòu)型式，在土木工程中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，但在此工程中應(yīng)用，存在以下缺點(diǎn)：(1)承受背后填土、積水和基底揚(yáng)壓力的多重作用，受力條件復(fù)雜，要保證擋墻穩(wěn)定，其斷面尺寸較大，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，擋墻頂寬達(dá)3.55m，混凝土方量近4000m3。(2)為降低擋墻背后積水，在擋墻中需專門埋設(shè)排水管。(3)對(duì)基礎(chǔ)的要求較高，需進(jìn)行專門的基礎(chǔ)處理。(4)擋墻混凝土澆筑受溫度、齡期等多種因素制約，澆筑進(jìn)度很難滿足圍堰安全度汛要求。2.2加筋土直立式擋墻加筋土技術(shù)自60年代初問(wèn)世以來(lái)，以其顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于土木工程中，同時(shí)加筋土技術(shù)本身也逐漸地完善成熟了。它具有以下特點(diǎn)：(1)加筋土最大的特點(diǎn)是可以做成很高的垂直填土，從而減少占地面積。(2)面板、筋帶可以在工廠中定型制造、加工，在現(xiàn)場(chǎng)用人工或機(jī)械分層安裝。這種裝配式的方法使施工簡(jiǎn)便、快速，可以節(jié)省勞力和縮短工期。(3)加筋土是柔性結(jié)構(gòu)物，能夠適應(yīng)地基較大的變形，因而可用于較軟的地基上。(4)造價(jià)低廉。據(jù)國(guó)內(nèi)部分工程資料統(tǒng)計(jì)，加筋土擋墻的造價(jià)一般為普通擋墻的40%60%。(5)排水通暢，不用設(shè)置專門的排水管，可用于砌豎縫的方式解決徘水問(wèn)題。由于子堰運(yùn)行時(shí)間短，經(jīng)綜合比較結(jié)果認(rèn)為，從經(jīng)濟(jì)和施工進(jìn)度兩方面考慮，設(shè)計(jì)優(yōu)先采用了加筋土擋墻方案。鑒于在三峽圍堰工程中應(yīng)用加筋土工程技術(shù)尚屆首次，為慎重起見(jiàn)在本工程實(shí)施之前，設(shè)計(jì)、監(jiān)理以及施工單位還專門到重慶和四川瀘洲等地加筋土工程工地進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查研究。3工程設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算3.1工程設(shè)計(jì)3.1.1加筋土擋墻構(gòu)造特點(diǎn)加筋土是填土、拉筋、面板三者的結(jié)合體。填土和拉筋之間的摩擦力改善了土的物理力學(xué)性質(zhì)，而使得填土和拉筋結(jié)合成為一個(gè)整體。在這個(gè)整體中起控制作用的是填土與拉筋間的摩擦力，面板的作用是阻擋填土塌落擠出，迫使填土與拉筋結(jié)合成為整體。加筋土擋墻一般由基礎(chǔ)、面板、拉筋、填料和帽石五個(gè)部分組成。由于本工程運(yùn)行時(shí)間短，在第二道防滲墻完工后，將作為二期上游土石圍堰堰體的一部分而埋入其中，故不設(shè)帽石，僅在墻頂部鋪設(shè)0.2m厚泥結(jié)石作為臨時(shí)施工道路路面。3.1.2地基處理在上游墻施工完成后，將子堰基礎(chǔ)部位雜物清理干凈，整平至V73.0m，于其上鋪設(shè)土工合成材料，再填筑0.5m厚風(fēng)化砂，作為加筋體基礎(chǔ)。擋墻面板下部設(shè)置混凝土基礎(chǔ)，在混凝土基礎(chǔ)施工之前，先挖除上游墻頂不少于0.5m深的不合格墻體，埋設(shè)土工合成材料，將擋墻基礎(chǔ)混凝土與防滲墻蓋帽混凝土一并澆筑，擋墻基礎(chǔ)混凝土與蓋帽混凝土間不設(shè)施工縫。加筋體及擋墻面板基礎(chǔ)見(jiàn)圖2。圖二加筋體及面板基礎(chǔ)3.1.3擋墻平面布置及斷面結(jié)構(gòu)加筋土擋墻設(shè)置范圍為樁號(hào)0+4430+655m，擋墻面板基礎(chǔ)沿第一道防滲墻軸線布設(shè)，其軸線總長(zhǎng)216.97m。加筋體采用矩形斷面形式，底部高程73.5m，頂部高程78.5m，其上鋪筑20cm厚泥結(jié)石路面，路面以3%坡度向面板墻方向傾斜，以防止路面積水，也可減少雨水滲入到加筋體內(nèi)。加筋土擋墻高5.0m，共設(shè)10層面板，11層筋帶，筋帶層高0.5m；寬12.0m，靠近面板設(shè)置1.0m厚砂卵石反濾層，兼作豎向排水。加筋體底部設(shè)置1.0m厚砂卵石墊層，作為水平排水。所有的面板豎縫，包括伸縮縫和錯(cuò)縫等，均干砌作為排水通道。加筋土擋墻結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。圖三加筋擋墻結(jié)構(gòu)圖3.1.4面板面板采用C20鋼筋混凝土矩形槽板，分A型(490mm990mm)和B型(490mm490mm)兩種尺寸，便于施工時(shí)錯(cuò)縫。面板子留穿筋孔。單塊面板重量：A型板220kg，B型板108kg，方便人工直接安裝。3.1.5筋帶筋帶采用新型CAT30020B型鋼塑復(fù)合筋帶，此種筋帶變形小，強(qiáng)度高。設(shè)計(jì)采用的筋帶寬30mm，厚2mm，容許應(yīng)力100Mpa，容許拉力為6kN，相應(yīng)伸長(zhǎng)率9kN，斷裂伸長(zhǎng)率2%。筋帶與面板的連接采用上、下穿筋方式，將筋帶的一端從上、下面板的予留孔中穿過(guò)，折回與另一端對(duì)齊(圖4)。圖四筋帶與面板的連接3.1.6填料填料采用古樹(shù)嶺骨料系統(tǒng)石屑料，經(jīng)中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司試驗(yàn)中心測(cè)試，其物理性質(zhì)接近風(fēng)化砂，力學(xué)性質(zhì)優(yōu)于風(fēng)化砂，與筋帶的摩阻效果好，強(qiáng)度穩(wěn)定性高。本結(jié)構(gòu)采用如下設(shè)計(jì)參數(shù)：石屑料強(qiáng)度指標(biāo)：=37，c0；石屑料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：壓實(shí)度95%；筋帶與填料間摩擦系數(shù)：非浸水時(shí)取f=0.4；浸水時(shí)取f=0.3；地基承載力：0=0.5MPa。3.2結(jié)構(gòu)計(jì)算加筋體筋帶的斷面積、長(zhǎng)度以及加筋體的穩(wěn)定性等，要通過(guò)加筋體內(nèi)部、外部的穩(wěn)定性分析確定。加筋體內(nèi)部穩(wěn)定性，按局部平衡法計(jì)算。規(guī)范要求的各項(xiàng)安全系數(shù)如下：(1)筋帶抗拔安全系數(shù)kf=2.0；(2)筋帶抗拉安全系數(shù)ks=1.0；(3)加筋體總體抗滑穩(wěn)定系數(shù)kc=1.3；(4)加筋體抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)ko=1.5；(5)地基承載力要求：max0。3.2.1筋帶所受拉力計(jì)算第i層筋帶單個(gè)結(jié)點(diǎn)筋帶所受拉力Ti按下式計(jì)算：對(duì)于非浸水部分，Tiki(zi+rh+ai)SxSy對(duì)于浸水部分，Tiki(z()+zi+rh+ai)SxSy式中：Zi-第i層結(jié)點(diǎn)在加筋體內(nèi)的深度(m)；ki-深度Zi處土壓力系數(shù)；Z0-計(jì)算水位以上加筋體高度(m)。-加筋體填料及其上填土容重(t/m3)；-加筋體填料浮容重(t/m3)；h-加筋體上填土重力的等代土層厚度(m)；Zi-第i層結(jié)點(diǎn)與墻背積水位高差(m)；