宜昌城區(qū)防洪護岸工程漿砌石擋土墻設計

宜昌城區(qū)防洪護岸工程漿砌石擋土墻設計

一、護岸工程設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。工程主要建設內容是護岸總長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方案,宜昌城區(qū)護岸工程采用墻坡結合的護岸型式,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高程范圍內采用混凝土預制塊護坡,▽48.5~▽52.5m范圍內采用三維土工網植草護坡,擋土墻外拋石護腳。同時,在一級擋土墻腳設置枯水平臺、在▽44.5m、▽48.5m及岸頂▽52.5m分別設有三級平臺。標準斷面見圖1墻坡墻型式與坡坡墻型式相比:僅將坡坡墻▽48.5~▽52.5m內的三維土工網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)設計文件,一級擋土墻基礎處理方案為:“若漿砌石擋土墻基礎為沙卵石層,則鋪設15cm厚C10素混凝土墊層;非砂卵石基礎,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構的應用1.其它標段地質勘探2004年12月14日,由中國水電第十三工程局承建的第四標段,在樁號10+220m處進行擋土墻基礎開挖,開挖高程自▽38.0~35.0m均為淤泥質土;12月15日,在斷面10+480m處,擋土墻基礎開挖高程自▽36.5~34.5m為淤泥質土。在其他標段一級擋墻基礎開挖中,也發(fā)現(xiàn)了同樣基礎地質問題。由于地質條件與設計相比有較大出入,按原設計方案處理無法保證基礎和擋土墻安全穩(wěn)定,施工單位向業(yè)主、監(jiān)理及設計反應了這一情況。為解決擋土墻基礎處理問題,2004年12月20日,長江委設計院委派專家到現(xiàn)場察勘,研究處理措施。根據(jù)專家組意見,設計院又委托三峽勘測院對該段補做了地質鉆探。根據(jù)地質鉆探成果,所謂“淤泥質土”實為粉細砂,易受擾動,承載力低,承載力標準值為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。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:從計算結果看出,墻體淹沒時,基底最大應力為131.48Kpa,竣工無水時,基底平均應力為118.6Kpa,而該段地基粉細砂層承載力標準值為100~120Kpa,地基承載力不滿足要求。3.充填材料基礎加固由于地基承載力不滿足要求,需對基礎加固處理。常用軟土地基處理方法主要有:換填墊層法、預壓法、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,并通過墊層的應力擴散作用,減少墊層下天然土層所承受的壓力,減少基礎沉降量。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。墊層法具有經濟、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,基礎處理均需在枯水期完成,預壓法、振沖法所需時間周期長,無法應對江水上漲等不利因素;二是地形條件限制,大型機械設備到位困難,還需要修碎石施工道路;三是考慮到中標單位不具備振沖、打樁設備,加之工藝復雜,施工經驗不足,要在短時間內完成水下施工作業(yè),較難達到設計要求。經綜合比較,決定對采用拋石擠淤與換填墊層相結合的方法進行處理。增設1m厚C15埋石混凝土基礎。在漿砌擋土墻下設置混凝土基礎,混凝土基礎頂部高程36m,底部高程37m,厚1m,寬5.4m,兩側各增加50cm?；炷谅袷什桓哂?5%。通過混凝土基礎措施,既增加了基礎底面面積,又增加了建筑物剛度,能有效應對地基的不均勻沉降。換填2m厚砂卵石作基礎墊層。在混凝土基礎底面下,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力擴散作用,減少墊層下基礎所承受的壓力,同時可以加速地基排水固結,減少固結時間。墊層底部塊石擠淤。在換填墊層底面時,將粒徑不小于30cm的堅硬無風化塊石拋投至基坑內,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土工布,無紡布有效孔徑O95取0.08mm,防止基礎粉細砂受江水沖刷流走而引起基礎失穩(wěn)。基礎加固處理見圖2。4.混凝土基礎基底應力從表1看出,當竣工無水時,基底應力最大,故復核地基承載力時以竣工無水工況為準。(1)混凝土基礎基底應力,為漿砌石擋墻傳遞的上部荷載與混凝土基礎自重與填土自重應力之和。F取擋墻基底壓力平均值;G為混凝土基礎自重與填自重壓力之和,根據(jù)經驗,平均重度取值20KN/m3;經計算,基底應力P=136.6Kpa。(2)墊層底面處基底應力,為擴散后混凝土基礎基底應力與卵石墊層自重應力之和。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經計算,墊層底面處基底應力P1=122.5Kpa。(3)修正后墊層底面處地基承載力式中:fk為承載力標準值,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基礎底面以上土的加權平均容重,地下水位以下取浮容重,取值為10.12經計算得: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。由于基礎外側為長江河床,考慮到水流沖刷、水位漲落對基礎的不利影響,地基承載力安全系數(shù)適當高些是應該的,也是必須的。三、基礎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