宜昌城区防洪护岸工程浆砌石挡土墙设计

宜昌城区防洪护岸工程浆砌石挡土墙设计

一、护岸工程设计宜昌市防洪填埋场工程一期位于长江南岸宜昌主城区，西起葛洲水库三座大坝，东至电厂。工程主要建设内容是护岸总长8.9Km,其中新建6.6Km,维修加固2.3Km。从2004年4月起,宜昌城区段防洪护岸工程一期工程开工实施。截止2006年底,宜昌城区段防洪护岸一期工程已连续实施三个年度,共完成新建护岸3.6Km。根据水利部水规总院审查通过的工程建设方案,宜昌城区护岸工程采用墙坡结合的护岸型式,具体分为两种,一种是坡坡墙型式,一种是墙坡墙型式。坡坡墙型式为:在枯水边(▽37m至▽39m)~▽44.5m修建一级高5.5~7.5m的重力式浆砌挡土墙,▽44.5~▽48.5m高程范围内采用混凝土预制块护坡,▽48.5~▽52.5m范围内采用三维土工网植草护坡,挡土墙外抛石护脚。同时,在一级挡土墙脚设置枯水平台、在▽44.5m、▽48.5m及岸顶▽52.5m分别设有三级平台。标准断面见图1墙坡墙型式与坡坡墙型式相比:仅将坡坡墙▽48.5~▽52.5m内的三维土工网植草护坡改为浆砌石重力式挡土墙,以解决护岸水平距离宽度限制问题,其他部位完全相同。根据设计文件,一级挡土墙基础处理方案为:“若浆砌石挡土墙基础为沙卵石层,则铺设15cm厚C10素混凝土垫层;非砂卵石基础,采取换填卵石或水下采用100cm厚R200水下混凝土,水上采用100cm厚R150埋石混凝土作为墙基”。二、涂层法用于处理软土结构的应用1.其它标段地质勘探2004年12月14日,由中国水电第十三工程局承建的第四标段,在桩号10+220m处进行挡土墙基础开挖,开挖高程自▽38.0~35.0m均为淤泥质土;12月15日,在断面10+480m处,挡土墙基础开挖高程自▽36.5~34.5m为淤泥质土。在其他标段一级挡墙基础开挖中,也发现了同样基础地质问题。由于地质条件与设计相比有较大出入,按原设计方案处理无法保证基础和挡土墙安全稳定,施工单位向业主、监理及设计反应了这一情况。为解决挡土墙基础处理问题,2004年12月20日,长江委设计院委派专家到现场察勘,研究处理措施。根据专家组意见,设计院又委托三峡勘测院对该段补做了地质钻探。根据地质钻探成果,所谓“淤泥质土”实为粉细砂,易受扰动,承载力低,承载力标准值为100~120kpa。根据专家意见,粉细砂层不宜作为挡土墙持力层,而应以其下伏砂卵石层为持力层。但是现场情况是:由于该粉细砂层较厚,其下伏砂卵石持力层出露高程约32m,比该段长江枯水位37m低5m,如若全部挖除,需在长江河床中建围堰方能实施,施工难度大,且时间长、投资大,方法不很科学。2.挡土墙稳定性验算浆砌石:γ干=25KN/m3,γ浮=15.2KN/m3,混凝土:γ干=24KN/m3,γ浮=14.2KN/m3墙后填土:γ=18KN/m3,γ浮=10KN/m3,卵石垫层:γ=11.75KN/m3,粉细砂:γ=10.12KN/m3挡土墙稳定计算考虑三种工况:○1墙体淹没;○2长江水位从44.5m骤降1m至43.5m;○3竣工无水。采用理正岩土软件计算,手算则可采用库尔曼图解法。计划成果见下表:从计算结果看出,墙体淹没时,基底最大应力为131.48Kpa,竣工无水时,基底平均应力为118.6Kpa,而该段地基粉细砂层承载力标准值为100~120Kpa,地基承载力不满足要求。3.充填材料基础加固由于地基承载力不满足要求,需对基础加固处理。常用软土地基处理方法主要有:换填垫层法、预压法、强夯法和强夯置换法、振冲法等。垫层法通过提高持力层的地基承载力,并通过垫层的应力扩散作用,减少垫层下天然土层所承受的压力,减少基础沉降量。另外,用透水性大的材料作垫层时,软土中的水分可以部分地通过垫层排出,从而加速软土排水固结。垫层法具有经济、易于施工、施工速度快等优点。现场情况是:一个是工期紧张,基础处理均需在枯水期完成,预压法、振冲法所需时间周期长,无法应对江水上涨等不利因素;二是地形条件限制,大型机械设备到位困难,还需要修碎石施工道路;三是考虑到中标单位不具备振冲、打桩设备,加之工艺复杂,施工经验不足,要在短时间内完成水下施工作业,较难达到设计要求。经综合比较,决定对采用抛石挤淤与换填垫层相结合的方法进行处理。增设1m厚C15埋石混凝土基础。在浆砌挡土墙下设置混凝土基础,混凝土基础顶部高程36m,底部高程37m,厚1m,宽5.4m,两侧各增加50cm。混凝土埋石率不高于15%。通过混凝土基础措施,既增加了基础底面面积,又增加了建筑物刚度,能有效应对地基的不均匀沉降。换填2m厚砂卵石作基础垫层。在混凝土基础底面下,深挖2m,换填砂卵石,边坡1:1。砂卵石垫层顶部高程36m,底部高程34m,卵石级配应连续,最大粒径不宜大于50mm,压实系数不小于0.94。通过砂卵石垫层的应力扩散作用,减少垫层下基础所承受的压力,同时可以加速地基排水固结,减少固结时间。垫层底部块石挤淤。在换填垫层底面时,将粒径不小于30cm的坚硬无风化块石抛投至基坑内,用反铲夯击,至稳定无沉降或无明显沉降时止。通过挤淤,进一步增加了地基承载力。其他加固措施。挡土墙迎水面采用砌石、抛石护脚,既增加了挡土墙抗滑抗倾稳定性,又增加河床抗冲刷能力;在紧临挡土墙的抛石下部铺一层无纺土工布,无纺布有效孔径O95取0.08mm,防止基础粉细砂受江水冲刷流走而引起基础失稳。基础加固处理见图2。4.混凝土基础基底应力从表1看出,当竣工无水时,基底应力最大,故复核地基承载力时以竣工无水工况为准。(1)混凝土基础基底应力,为浆砌石挡墙传递的上部荷载与混凝土基础自重与填土自重应力之和。F取挡墙基底压力平均值;G为混凝土基础自重与填自重压力之和,根据经验,平均重度取值20KN/m3;经计算,基底应力P=136.6Kpa。(2)垫层底面处基底应力,为扩散后混凝土基础基底应力与卵石垫层自重应力之和。卵石扩散角取30º,通过计算得实际垫层底面位于图2中D-D断面,距混凝土基底1.27m,宽6.86m。γ为卵石容重,取值11.75KN/m3经计算,垫层底面处基底应力P1=122.5Kpa。(3)修正后垫层底面处地基承载力式中:fk为承载力标准值,取值100Kpaηb承载力宽度系数,取值为2.0ηd承载力埋深系数,取值为3.0γ基础底面以下土的天然密度,地下水位以下取浮容重,取值为10.12。γ0基础底面以上土的加权平均容重,地下水位以下取浮容重,取值为10.12经计算得:f=201.5因为P1<f,故地基承载力满足要求,且安全系数较高。由于基础外侧为长江河床,考虑到水流冲刷、水位涨落对基础的不利影响,地基承载力安全系数适当高些是应该的,也是必须的。三、基础处理效果分析在宜昌城区防洪护岸工程已完成的3.6km的新建