宜昌城區(qū)防洪護岸工程漿砌石擋土墻設(shè)計

一、護岸工程設(shè)計宜昌市防洪填埋場工程一期位于長江南岸宜昌主城區(qū)，西起葛洲水庫三座大壩，東至電廠。工程主要建設(shè)內(nèi)容是護岸總長8.9Km,其中新建6.6Km,維修加固2.3Km。從2004年4月起,宜昌城區(qū)段防洪護岸工程一期工程開工實施。截止2006年底,宜昌城區(qū)段防洪護岸一期工程已連續(xù)實施三個年度,共完成新建護岸3.6Km。根據(jù)水利部水規(guī)總院審查通過的工程建設(shè)方案,宜昌城區(qū)護岸工程采用墻坡結(jié)合的護岸型式,具體分為兩種,一種是坡坡墻型式,一種是墻坡墻型式。坡坡墻型式為:在枯水邊(▽37m至▽39m)~▽44.5m修建一級高5.5~7.5m的重力式漿砌擋土墻,▽44.5~▽48.5m高程范圍內(nèi)采用混凝土預(yù)制塊護坡,▽48.5~▽52.5m范圍內(nèi)采用三維土工網(wǎng)植草護坡,擋土墻外拋石護腳。同時,在一級擋土墻腳設(shè)置枯水平臺、在▽44.5m、▽48.5m及岸頂▽52.5m分別設(shè)有三級平臺。標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1墻坡墻型式與坡坡墻型式相比:僅將坡坡墻▽48.5~▽52.5m內(nèi)的三維土工網(wǎng)植草護坡改為漿砌石重力式擋土墻,以解決護岸水平距離寬度限制問題,其他部位完全相同。根據(jù)設(shè)計文件,一級擋土墻基礎(chǔ)處理方案為:“若漿砌石擋土墻基礎(chǔ)為沙卵石層,則鋪設(shè)15cm厚C10素混凝土墊層;非砂卵石基礎(chǔ),采取換填卵石或水下采用100cm厚R200水下混凝土,水上采用100cm厚R150埋石混凝土作為墻基”。二、涂層法用于處理軟土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1.其它標(biāo)段地質(zhì)勘探2004年12月14日,由中國水電第十三工程局承建的第四標(biāo)段,在樁號10+220m處進行擋土墻基礎(chǔ)開挖,開挖高程自▽38.0~35.0m均為淤泥質(zhì)土;12月15日,在斷面10+480m處,擋土墻基礎(chǔ)開挖高程自▽36.5~34.5m為淤泥質(zhì)土。在其他標(biāo)段一級擋墻基礎(chǔ)開挖中,也發(fā)現(xiàn)了同樣基礎(chǔ)地質(zhì)問題。由于地質(zhì)條件與設(shè)計相比有較大出入,按原設(shè)計方案處理無法保證基礎(chǔ)和擋土墻安全穩(wěn)定,施工單位向業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計反應(yīng)了這一情況。為解決擋土墻基礎(chǔ)處理問題,2004年12月20日,長江委設(shè)計院委派專家到現(xiàn)場察勘,研究處理措施。根據(jù)專家組意見,設(shè)計院又委托三峽勘測院對該段補做了地質(zhì)鉆探。根據(jù)地質(zhì)鉆探成果,所謂“淤泥質(zhì)土”實為粉細砂,易受擾動,承載力低,承載力標(biāo)準(zhǔn)值為100~120kpa。根據(jù)專家意見,粉細砂層不宜作為擋土墻持力層,而應(yīng)以其下伏砂卵石層為持力層。但是現(xiàn)場情況是:由于該粉細砂層較厚,其下伏砂卵石持力層出露高程約32m,比該段長江枯水位37m低5m,如若全部挖除,需在長江河床中建圍堰方能實施,施工難度大,且時間長、投資大,方法不很科學(xué)。2.擋土墻穩(wěn)定性驗算漿砌石:γ干=25KN/m3,γ浮=15.2KN/m3,混凝土:γ干=24KN/m3,γ浮=14.2KN/m3墻后填土:γ=18KN/m3,γ浮=10KN/m3,卵石墊層:γ=11.75KN/m3,粉細砂:γ=10.12KN/m3擋土墻穩(wěn)定計算考慮三種工況:○1墻體淹沒;○2長江水位從44.5m驟降1m至43.5m;○3竣工無水。采用理正巖土軟件計算,手算則可采用庫爾曼圖解法。計劃成果見下表:從計算結(jié)果看出,墻體淹沒時,基底最大應(yīng)力為131.48Kpa,竣工無水時,基底平均應(yīng)力為118.6Kpa,而該段地基粉細砂層承載力標(biāo)準(zhǔn)值為100~120Kpa,地基承載力不滿足要求。3.充填材料基礎(chǔ)加固由于地基承載力不滿足要求,需對基礎(chǔ)加固處理。常用軟土地基處理方法主要有:換填墊層法、預(yù)壓法、強夯法和強夯置換法、振沖法等。墊層法通過提高持力層的地基承載力,并通過墊層的應(yīng)力擴散作用,減少墊層下天然土層所承受的壓力,減少基礎(chǔ)沉降量。另外,用透水性大的材料作墊層時,軟土中的水分可以部分地通過墊層排出,從而加速軟土排水固結(jié)。墊層法具有經(jīng)濟、易于施工、施工速度快等優(yōu)點?，F(xiàn)場情況是:一個是工期緊張,基礎(chǔ)處理均需在枯水期完成,預(yù)壓法、振沖法所需時間周期長,無法應(yīng)對江水上漲等不利因素;二是地形條件限制,大型機械設(shè)備到位困難,還需要修碎石施工道路;三是考慮到中標(biāo)單位不具備振沖、打樁設(shè)備,加之工藝復(fù)雜,施工經(jīng)驗不足,要在短時間內(nèi)完成水下施工作業(yè),較難達到設(shè)計要求。經(jīng)綜合比較,決定對采用拋石擠淤與換填墊層相結(jié)合的方法進行處理。增設(shè)1m厚C15埋石混凝土基礎(chǔ)。在漿砌擋土墻下設(shè)置混凝土基礎(chǔ),混凝土基礎(chǔ)頂部高程36m,底部高程37m,厚1m,寬5.4m,兩側(cè)各增加50cm?；炷谅袷什桓哂?5%。通過混凝土基礎(chǔ)措施,既增加了基礎(chǔ)底面面積,又增加了建筑物剛度,能有效應(yīng)對地基的不均勻沉降。換填2m厚砂卵石作基礎(chǔ)墊層。在混凝土基礎(chǔ)底面下,深挖2m,換填砂卵石,邊坡1:1。砂卵石墊層頂部高程36m,底部高程34m,卵石級配應(yīng)連續(xù),最大粒徑不宜大于50mm,壓實系數(shù)不小于0.94。通過砂卵石墊層的應(yīng)力擴散作用,減少墊層下基礎(chǔ)所承受的壓力,同時可以加速地基排水固結(jié),減少固結(jié)時間。墊層底部塊石擠淤。在換填墊層底面時,將粒徑不小于30cm的堅硬無風(fēng)化塊石拋投至基坑內(nèi),用反鏟夯擊,至穩(wěn)定無沉降或無明顯沉降時止。通過擠淤,進一步增加了地基承載力。其他加固措施。擋土墻迎水面采用砌石、拋石護腳,既增加了擋土墻抗滑抗傾穩(wěn)定性,又增加河床抗沖刷能力;在緊臨擋土墻的拋石下部鋪一層無紡?fù)凉げ?無紡布有效孔徑O95取0.08mm,防止基礎(chǔ)粉細砂受江水沖刷流走而引起基礎(chǔ)失穩(wěn)。基礎(chǔ)加固處理見圖2。4.混凝土基礎(chǔ)基底應(yīng)力從表1看出,當(dāng)竣工無水時,基底應(yīng)力最大,故復(fù)核地基承載力時以竣工無水工況為準(zhǔn)。(1)混凝土基礎(chǔ)基底應(yīng)力,為漿砌石擋墻傳遞的上部荷載與混凝土基礎(chǔ)自重與填土自重應(yīng)力之和。F取擋墻基底壓力平均值;G為混凝土基礎(chǔ)自重與填自重壓力之和,根據(jù)經(jīng)驗,平均重度取值20KN/m3;經(jīng)計算,基底應(yīng)力P=136.6Kpa。(2)墊層底面處基底應(yīng)力,為擴散后混凝土基礎(chǔ)基底應(yīng)力與卵石墊層自重應(yīng)力之和。卵石擴散角取30o,通過計算得實際墊層底面位于圖2中D-D斷面,距混凝土基底1.27m,寬6.86m。γ為卵石容重,取值11.75KN/m3經(jīng)計算,墊層底面處基底應(yīng)力P1=122.5Kpa。(3)修正后墊層底面處地基承載力式中:fk為承載力標(biāo)準(zhǔn)值,取值100Kpaηb承載力寬度系數(shù),取值為2.0ηd承載力埋深系數(shù),取值為3.0γ基礎(chǔ)底面以下土的天然密度,地下水位以下取浮容重,取值為10.12。γ0基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均容重,地下水位以下取浮容重,取值為10.12經(jīng)計算得:f=201.5因為P1<f,故地基承載力滿足要求,且安全系數(shù)較高。由于基礎(chǔ)外側(cè)為長江河床,考慮到水流沖刷、水位漲落對基礎(chǔ)的不利影響,地基承載力安全系數(shù)適當(dāng)高些是應(yīng)該的,也是必須的。三、基礎(chǔ)處理效果分析在宜昌城區(qū)防洪護岸工程已完成的3.6km的新建