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格賓擋墻在水利工程中的應用

時間:2016-09-19 13:10:38 | 來源:晟江格賓網 | 作者:晟江格賓網 568

摘要: 以丹江口鹽池河河道治理工程為例,介紹了格賓擋墻所具有的柔韌性、環保性、生態性、耐久性、自透水性、施工便捷等優點,及其適用條件、計算方法、施工方法和目前格賓擋墻技術在應用中存在的問題。同時,通過對格賓產品進行的大量原位試驗,也得到了抗剪強度、抗壓強度等計算公式,結果表明: 格賓產品的應用是安全可靠的,可在水利工程中廣泛應用。
   擋土墻在水庫樞紐、引水樞紐、水電站及各種渠系建筑物工程中有著廣泛的應用,例如水閘的進出口翼墻、岸墻,水庫溢洪道邊墻,水電站及船閘中的翼墻、岸墻,渠系建筑物中的橋、涵洞、倒虹吸、渡槽等進出口連接段擋墻,水庫庫岸、河道、渠道邊坡滑坡及崩坍的防治工程中的擋墻。
   目前水利工程中擋墻大部分采用傳統的漿砌石、素混凝土或鋼筋混凝土結構。傳統方案在工程中運用良好,卻也有不足之處,如對地基承載力要求較高; 對等。
   岸坡硬化處理后阻斷了水土交換、破壞生態 隨著時代的發展,水利工程日益注重生態治理的設計理念 構,可在水利工程中廣泛應用。
 
1、格賓擋墻的材料特性及適用條件:
   格賓是將低碳鋼絲經機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網格組合的工程構件,其中填充了適當規格的圓石和塊石。
1) 制造格賓所使用的鋼絲具有較好的韌性,并且遵守國際標準進行了退火處理,鋼絲的機械性能和性質特性,比如說,屈服強度、伸長率以及鍍層質量,滿足最嚴格的國際標準。
2) 鋼絲針對不同工程采用了不同的鍍層( 如: 鍍鋅、鍍高爾凡、覆塑) ,可以滿足不同使用年限的需求。
3) 采用雙絞合編織而成的六角形網可以保證在 1根或幾根鋼絲發生斷裂時,破壞點不會擴散。
4) 通過插入隔板,格賓可分成若干單元格。這些隔板是具有與外部面板相同性質的網格面板。為加強結構和安裝方便,箱形格賓可做成 1 m 或 2 m 寬,在做成 1 m 寬的情況下,蓋板和底板由同一層網格薄板形成,格賓部件見圖 1。
圖 1	格賓細部構件圖
圖 1 格賓細部構件圖
 
5) 格賓填充石料采用合適尺寸的卵石、片石或塊石,空隙率不超過 30% ,要求石料質地堅硬,強度等級MU30,比重不小于 2. 5 t / m3 ,遇水不易崩解和水解,抗。對于尖狀石塊,及風化巖石、泥巖不得用作風化 充填石料。
 
6) 格賓擋墻,墻后鋪設足夠強度的聚酯長纖無紡布,在滿足墻后排水的情況下,墻后泥土不易流失。
 
7) 格賓擋墻適用條件。格賓擋墻可用于水利工程支護、航道工程支護、巖土工程支護、生態景觀工程、。在水利工程中,船閘、水閘、水庫、
隔音墻工程等 水電站及河道治理等工程中的翼墻、岸墻都可采用格賓擋墻,因為格賓擋墻具有透水性,不能防滲,所以,有防滲要求的部位不采用,但它可以替代傳統擋墻運用于水利工程中。
 
2、格賓擋墻的計算:
   格賓擋墻一般為重力式結構,外形通常有外臺階、內臺階、寶塔式 3 種。由于格賓材料的特性,無法做成仰斜式的斜墻。格賓擋墻結構設計包括外部整體穩定 ( 抗滑移、抗傾覆、地基承載力以及整體穩定性) 和內部穩定驗算。外部穩定原理與漿砌石或混凝土重力擋墻相同,均通過墻體自身重量來維持擋墻在土壓力下的穩定,計算方法也相同,目前國內已有很完善的計算軟件,這里不再贅述。內部穩定計算包括截面抗壓強度和截面抗剪強度兩個部分。
 1) 截面抗壓強度驗算。在擋墻設計時,必須確保擋墻任一截面上的正應力不能超過格賓網箱所能允許的最大壓應力。根據 Maccaferri 集團的大量原位試驗的成果,格賓網箱最大允許壓應力為填石重度的函數,設計時推薦的格賓網箱允許壓應力按下式計算:
σ允許 = 50 rg  - 300 ( 1)
 式中: σ允許 為格賓網箱的允許壓應力,kPa; rg 為格賓網箱的單位重度,kN / m3 。
  設計時,可以參考表 1。
表 1 rg  - σ允許 參考表
   
rg / ( kN·m  3 ) σ允許 / kPa
   
14 400
16 500
18 600

2) 截面抗剪強度驗算。為了保證格賓網箱之間不發生錯動( 墻身剪切破壞) ,根據 Maccaferri 集團的大量原位試驗的成果,設計時推薦的格賓網箱抗剪強度按下式計算:
τ允許 = σtan  *  + Cg ( 2)
 
式中: σ 為格賓擋墻任一截面上的正應力,kPa; * 為格賓網箱之間的似內摩擦角, * = 25rg - 10 ( °) ; Cg 為格賓網箱之間的似凝聚力,Cg = 300Pu - 5 000( 其中Pu 為單位網箱中,受剪截面單位面積網絲的重度) ,對于正常使用的 1 m 格賓的格賓網箱鋼絲重度大約為
59 N,因此:Cg = 300Pu - 5 000 = 300 × 59 N / m2 - 5 000 N / m2 = 12 700 N / m2 = 12. 7 kPa通常安全起見,取 Cg  = 12. 5 kPa。
 3) 擋墻的穩定計算采用 Maccaferri 專用設計軟件Macstars 2000,對擋墻內外部穩定性進行分析。
 
4) 計算范例。
   以丹江口鹽池河河道治理工程為例,該工程位于山區,緊靠河岸就是城集公路,是車輛和行人的唯一通路,考慮到行人的安全問題,在公路寬度兩邊受限的情況下,設計中采用了格賓擋墻拓寬馬路,將墻頂設計成親水平臺,兼作人行道路( 標準斷面見圖 2) 。下面以此斷面為例,考慮有水的工況,計算該格賓擋墻的穩定性。
圖 2	鹽池河鎮格賓擋墻結構圖( 單位: mm)
圖 2 鹽池河鎮格賓擋墻結構圖( 單位: mm)
地基土參數: r = 20 kN / m3 ,c = 35 kPa, = 35°; 回填土參數: r = 18 kN / m3 , = 35°; 格賓參數: r = 18 kN / m3 ,c = 12. 5 kPa, = 40°; 通過查表 1 知 σ允許 = 600 kPa,故:
 * = 25rg - 10 = 25° × 1. 8 - 10° = 35° τ允許 = σtan * + Cg =600 kPa tan35° + 12. 5 kPa = 432. 6 kPa利用軟件計算成果分析,塊體基底抗滑穩定系數計算值從上至下分別為 3. 8、3. 2、3. 8,均大于規范要求的允許值 1. 3; 抗傾穩定系數計算值為 6. 0,大于規范允許值 1. 5,擋墻滿足外部穩定要求; 截面最大正應力 28. 84 < 600 kPa,最大剪應力 5. 81 < 432. 6 kPa,滿足內部穩定要求。
 
3、格賓擋墻施工:
3.1、施工流程:

   格賓按設計師要求進行相應規格生產,生產好的格賓經過折疊并且包裝后出廠降低了運輸成本。在建設施工現場,單個格賓單元進行組裝時,邊板與隔板一定要與側板相連,尺寸互相吻合,然后,幾個未填充的格賓組合在一起,置入鋪設格賓的地點,并且將相鄰格賓組合通過絞合使其在水平方向和垂直方向上緊密的聯接起來。其施工流程見圖 3 所示。
   格賓體施工,采用人工組裝格賓、填石、封口,施工過程在專業的技術人員指導下,施工快捷,且不易偷工減料,有利于保證工程的質量。
圖 3	格賓擋墻施工流程圖

圖 3 格賓擋墻施工流程圖
 3.2、施工注意事項:
 格賓擋墻為柔性結構,如果對施工質量控制不嚴,易導致面墻變形。為防止面墻變形,施工中要注意以下幾點。
 
1) 保證格賓網面強度和翻邊強度。
 
2) 格賓擺放外輪廓線應該整齊劃一,邊緣鏈接、絞合緊密; 格賓面墻須選用表面平整、粒徑適宜且粗細均勻的石料,按照干砌片石的標準進行擺放。
 
3) 在格賓前面板綁上一個由長木板做成的方格面板,用鋼絲固定使其緊靠格賓面板后再裝填石料,石料需分層裝填。
 
4、格賓擋墻技術的優勢和不足:
 
1) 柔性材料適應地基變形能力強。格賓單元在工地現場組裝成型,相互綁扎成整體,編制網格的材料是高伸張率的低碳鋼絲,使得格賓擋墻具有很強的柔韌性及變形能力,當偶發地面沉降或地基變形時,格賓內部形成交錯拉緊和擠壓狀態箱籠整體強度高,結構能進行自身適應性微調,不至于發生結構整體破壞。
 
2) 環保性和生態性。格賓擋墻采用的鋼絲及石料均對自然界無任何污染。擋墻內部的填石及后期長出的綠色植被,能夠很好的與周圍的自然環境相互融合; 插植等人工方式更可以使外觀達到人為的設計視覺效果,美化環境。
 
3) 耐久性。采用重鍍高爾凡方式進行防蝕處理的鋼絲具有較強的耐久性能。格賓由具有優良防腐性能的鋼絲經過機械編織,組裝而成,優良的鍍層工藝和編織技術,保證了鍍層厚度的均勻性和抗腐蝕性,一般情況下,使用壽命達到 50 ~ 60 a,覆塑鋼絲的使用壽命達到 100 ~ 120 a。由于結構的整體性,以及和自然環境融為整體,所以在鍍層損失的情況下,不影響結構的穩定性。
 
4) 自透水性。格賓具有天然的透水性: ①可以迅速降低結構后填土內由于降雨等原因導致的過高地下水位,消散孔隙水壓力,維持土體強度,降低發生滑坡的危險; ②無需傳統結構的排水設施,節省工序,加快施工效率。
 
5) 施工便捷,效率高。格賓可按設計意圖,工廠化生產制作出半成品,施工現場按施工圖進行組裝定型。整體工法操作簡便、工序少、無需特殊的技術工人、受氣候干擾小,整體施工效率頗高且效果易于保證。在有機械進行配合的時候,更加能夠加快施工進度。工人無需特別培訓。同比此類結構的施工效率很高( 是傳統結構施工效率的 2 ~ 3 倍) ,可以大大縮短施工周期。
 
6) 經濟性。格賓填充所需石頭可以采用漿砌石、干砌石等傳統結構無法利用的碎石或鵝卵石,石頭成本較低,尤其在鵝卵石豐富的河流附近施工更可以大幅度降低造價,相對于混凝土等傳統結構具有一定的經濟優勢。
 
7) 格賓擋墻存在的不足。由于有關格賓擋墻技術的理論研究仍然滯后于實踐,國家相關部門至今也未出臺格賓擋墻技術的設計、施工規范,因此容易造成施工過程中質量漏洞和工程事故責任劃分不清的問題。

 
5、結語:
 
1) 格賓擋墻采用不同鍍層的鋼絲雙絞合成格賓網箱,其中填充具有足夠耐久性的石料,墻后鋪設土工布,相對于傳統擋墻具有柔性、自透水性的特點,而且能夠達到所需耐久性要求。
 
2) 通過對格賓產品進行了大量的原位試驗,得到其抗剪強度、抗壓強度計算公式,使得格賓設計安全可靠,進一步保障了結構的安全性。
 
3) 格賓具有柔性、自透水性、環保性、生態性、耐久性等特點,符合水利工程中日益注重以人為本、生態治理的設計理念。




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