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加筋土技术在内河护岸工程中的应用

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  1. 引言

  在土中铺设拉筋而使整个土工系统的力学性能得到改善的土工加固方法叫土工加筋技术。国外60年代就开始应用,目前已应用得相当普遍。我国于80年代初开始在小型工程中试用,90年代应用规模和范围加大,先后在公路、水运、铁路、水利、市政、煤矿、林业等部门或行业应用这项技术,特别是近几年在公路建设和水利、水运建设中应用得较多,取得了巨大的经济效益和显著的社会效益。加筋土工程的设计计算理论和施工技术也日臻成熟,其应用领域也不但扩大,目前已用于公路路堤、路堑、桥台、引道、匝道、内河港口码头、护岸、库场支挡建筑物、航道整治、铁路路基、路堤、桥台、水利工程中的防洪堤、水坝、河流、湖泊、滩涂围垦工程,其它方面入尾矿坝、渣场、储煤仓、城镇建设中的各种支挡建筑物。

  交通部在91年就正式颁布了《公路加筋土工程设计规范JTJ015-9》和《公路加筋土工程施工技术规范JTJ035-9》,98年底和99年初国家和各部门相继正式颁发了《土工合成材料应用技术规范GB05290-98》、《水运工程土工织物应用技术规程JTJ/T239-98》、《水利水电工程土工合成材料应用技术规范SL/T225-98》、《铁路路基土工合成材料应用技术规范SL/T25-98》。上述国家标准和行业规范或规程的颁发,为加筋土技术的应用创造了条件和基础,提供了前提和保证。

  重庆地区近十年在河岸整治、内河港口码头建设及防洪工程中,大量采用加筋土新技术,在长江、嘉陵江两岸即乌江等地总计修筑了河岸线长约17.8km的加筋土河岸工程及码头工程,挡墙面积约31万余平方米。在三峡移民迁建的不少工程中也采用加筋土技术。介绍了几个比较典型的加筋土河岸工程和防洪工程,根据十余年对大量的加筋土工程的设计、研究和工程实践,今初步总结了加土技术在内河护岸应用中应引起注意的问题,希翼在推动加筋土技术的应用和发展中起到一点借鉴作用。  工程实例介绍 1 工程实例1—重庆长江滨江路护岸工程

  (1) 工程概况

  重庆长江滨江路工程位于重庆市渝中区长江北岸,东起朝天门,西至菜园坝,河岸线长5.547km。该工程是集城市交通建设、城市防洪、港口码头建设、国土开发和园林绿化,城市危岩滑坡治理于一体的一项城市河岸综合整治工程。工程分为护岸及码头工程、道路工程、污水截流工程、园林绿化工程及其它附属工程五大部分。城市主干道长5254m,双向6车道,路面宽2*12+1.5m,路基宽39.5m。储奇门—朝天门以下约2.74km均为客运和货运港区,沿岸共建有各类码头泊位25个。该工程的主体工程,即护岸及码头工程、道路挡墙工程全部采用加筋土结构,加筋土挡墙总长103000m:其中约2500m采用水下基础,约4400m为高回填区夯处理地基。结构断面采用路堤式结构;直立墙最高接近20m,路堤结构总高最高处约35m。

  (2) 地形地貌、地质和水文情况

  该工程场地为长江低河慢滩,属河岸冲刷于堆积地貌。上游菜园坝段约1000m地形较为平坦,为珊瑚坝碛坝内缘,地层为紧密沙卵石层,岩层为泥岩,埋深较深。下段穿过内河,长月300m,水深4-7m,水底有薄层淤泥,下层为沙卵石层。穿过内河后约200m泥岩出露,岸坡较陡。长江大桥以下约250m为冲沟,淤泥层厚3-7m,下卧层为泥岩。南纪门—储奇门段约1km为砂卵石碛坝。储奇门段为天然状态的货运码头区,地层为淤沙洪积层,下层诶砂卵石层,地形比较平缓。储奇门—东水门段为客运码头区,河岸断面呈凹形,基础置于水下,枯水水深4-7m,地层为坡积和洪积层,厚度不等,下层为原状沙卵石层,部分段有泥岩出露。东水门—朝天门段为碛坝根部,表层为细沙层,下部为砂卵石层。

设计高水位187.00m,校核高水位187.50—194.00m(设计墙顶),设计低水位159.50m;在水位180.21m时离工程岸线30m处最大流速为3.27m/s。  

  (3)使用条件

  护岸顶部道路汽车荷载为汽20,挂100,人行荷载为4.0KN/m2。码头区船舶系缆力P1=100KN,P2=200KN,P3=300KN,P4=400KN,P5=500KN;码头区地面堆载q1=20KN/m2,q2=30KN/m2。  

  (4)施工及建成后使用情况

  工程于1989年开工建设,分年分段实施,每年根据资金情况安排施工范围。整个工程施工前后历时8年余,至1996年底建成,参加施工的有航务、铁路、市政等施工单位。长江滨江路工程加筋土挡墙总长10300m,挡墙总面积110000m2,它是我国目前规模最大的加筋土工程,也是世界上目前规模最大的加筋土工程。工程竣工投入使用后,经历了各种情况的检验,特别是1998年大洪水(持续的长期最不利高水位)的考验。该工程的经济效益和社会效益十分显著,被重庆市评为“建国50周年重庆十大建筑工程”之一。实践证明,该工程是比较成功的。

www.667e.com 2 工程实例2—江津滨江西段护岸工程  

  (1)工程概况

  江津滨江西断护岸工程位于江津市城区长江南岸,东起米邦沱码头,西至江津长江大桥,护岸工程全长3641m,沿岸共建有各类码头泊位9个,取水泊位3个,下河公路1条。护岸工程后方规划城区主干道长3000余米,双向6车道。该工程的建设,使江津市的防洪标准从2-5年一遇提高到50年一遇。该工程是集防洪、河岸整治、治理沿江环境、改善城市交通、发展水运和进行城市建设的一项综合建设工程。

  (2)方案比较和选择

  根据水文、地形地质和使用要求,护岸工程断面采用路堤式断面形式,护岸墙高10-17m,堤总高16-24m。该工程拟定了衡重式条石圬工结构、带卸荷板的预制空心方块结构和加筋土结构3个方案。经比较,加筋土结构比衡重式条石圬工挡墙方案节约造价30%以上,比空心方块结构节约工程造价40%,节约投资数千万元,经济效益十分明显。在施工上,加筋土结构非常方便,船机使用台班大大减少,工效显著提高。因此,该工程最后选用加筋土结构方案。

  (3)工程施工

  该工程采用双十字形钢筋混凝土面板,墙体关键和基础部分采用防老化钢-塑复合加筋带(CAT),天然沙砾石作加筋体填料,后方回填杂填土;基础采用现浇混凝土带形基础,其中1600余米为水下施工。该工程利用97、98两个枯水季节施工,99年6月已完成护岸挡墙工程,预计2000年底完成护坡、道路、绿化等,整个工程全部竣工。加筋土工程部分已经历了2-4个洪水期考验,汛后观测,变形沉降均小于规定值,变形稳定。  3工程实例3—鱼洞长江河岸整治工程

  (1)工程概况

  鱼洞长江护岸和码头工程位于重庆市鱼洞长江南岸,东起车渡码头,西至佛耳岩,河岸线长2.7km。沿岸共建有各类码头泊位5个,下河公路1条;城市城区主干道长3138m,3车道,路面宽12m。该工程是集城市防洪、国土开发和园林绿化、城市发展和港口码头建设为一体的一项城市河岸综合整治工程。

  (2)地形地貌、地质和水文

  该工程位于微弯河段凸岸,工程场地为长江低河漫滩,漫滩为砂卵石碛坝,长约2km,宽60-200m,洪水期淹没,枯水期出露。场地地层为冲洪积形成的薄砂质粉土、细砂土、砂卵石,下卧岩层为紫红-紫褐色泥岩。细砂土厚度为1-4m。

设计高水位188.47m(P=5%),校核高水位189.50m(设计墙顶),设计低水位170.50m。在水位183.33m时离工程岸线100m处最大流速为3.17m/s,流态较为平顺。

  (3)方案比较和选择

  根据使用要求和场地自然条件,分别提出了直立式加筋土岸壁护岸方案、衡重式条石(或块石混凝土)直立式挡墙护岸方案、铅丝笼加钢筋混凝土面板护坡方案等3个方案。经过全面比较,特别是在经济上,加筋土结构方案仅是衡重式条石挡墙方案造价的58.4%,节约投资近2000万元,是铅丝笼护坡方案造价的85.1%,节约投资约600万元;在施工上,加筋土结构非常方便、快速,可提高工效好几倍,可以在一个枯水季节顺利完成,加筋土结构方案显示出较大的优越性。因此,该工程最后选择采用加筋土结构方案。

  (4)施工和使用情况

  该工程的码头和护岸挡墙均采用加筋土结构。码头和护岸工程全长3138m,墙高12-19.5m,大部分墙高在15m以上,加筋土挡墙墙面面积5.5万m2。加筋土墙采用双十字形钢筋混凝土面板、条带式加筋带、天然沙砾石填料。护岸和码头工程1995年11月动工,1996年5月主体工程基本完成。以后陆续完成帽石、栏杆等零星项目和后方回填。工程主体完工后,先后经过了1996年、1997年、1998年汛期各种洪水的考验,特别是98年长期较大洪水的考验。

  (5)变形观测

  1996年4月(主体工程初步完成)和1996年10(洪水期过后)对3138m挡墙进行了全面观测,每15m分段取1个观测断面,每个断面每3层板取1个观测点。观测结果为大部分测点变形在10-35mm之间。96年10月的变形观测1308个测点中,累计变形量不超过50mm的测点有1124个,占86%,最大变形量为85mm(K2+354断面,高程186.80m)。97年和98年进行了断面观测,结果表明墙体变形稳定。 4 工程实例4-北培嘉陵江防洪堤一期工程

  (1) 工程概况

  北培嘉陵江防洪堤建设工程,是北培城区最重要的防洪工程,它是集防洪、护岸、治理沿江环境、发展水运和进行城市建设的一项综合建设工程。按规划,该工程将修筑长约4680m的防洪护岸大堤工程,采用50年一遇的防洪标准。防洪堤工程分期分段建设。一期工程位于嘉陵江西岸,上游从庙子嘴开始,经何家碛至下游何家嘴止,全长1600m,其余为二期工程。

  (2) 地形地貌、地质和水文

  一期工程上游岸坡较陡,中下游段为碛坝,地势平缓,后方为原天然岸坡和人工堆积边坡。场地为丘岭河流堆积地貌,嘉陵江堆积岸漫滩地形。漫滩沿江发育,长1600m,宽100-250m,平面呈梳背形,由沙、砾、卵石组成。漫滩标高176-182m,漫滩平缓。

场地大部分出露第四系全新河流洪冲积层。地表层为砂夹卵石于砂卵石互层,下部为侏罗系中统下沙溪庙组泥岩或砂岩。下游端为江北砾石层,上下游两端岩层出露。

设计高水位203.20m,设计低水位174.00m,中洪水时近岸处最大流速2.65m/s。

  (3) 方案比较及推荐方案

  根据该处的地形地质情况、防洪大堤工程的使用要求和平面布置,提出了3种结构方案,经全面比较后,选用了加筋土结构方案,加筋土方案的造价仅是重力式圬工方案造价的

53.0%。 

  加筋土防洪堤断面采用路堤式断面。基础为现浇混凝土条形基础,置于中密-紧密砂卵石层上。加筋挡墙采用预制钢筋混凝土面板,看面带菱形花饰。加筋材料采用防老化钢-塑复合带,CAT30×2.0,单根破断荷载Tu≥9.0KN, εp≤3%,单根设计值Ta=2.5KN/根,相应变形率εc1%。加筋土填料就近采用河滩上的沙砾石。

  (4) 施工情况

  防洪堤下部挡墙99年开始沉降,2000年6月完成约1400m挡墙,洪水期经受了数次洪水越顶淹没,汛后观测,墙体沉降和水平变形均很小,远小于设计规定指标。 5 工程实例――彭水乌江西岸河岸工程

  该工程位于乌江中游彭水县城乌江西岸,加筋土河岸工程总长990m,沿岸共设有各类码头泊位3个,下河公路1条,护岸工程堤顶为城市滨江道路及绿化地。该工程是集城市防洪、港口码头、城镇建设和园林绿化为一体的城镇河岸综合整治工程。

该工程河岸和码头均采用加筋土结构。断面为半直立办斜坡形式,下部采用一阶直立挡墙,墙顶标高222.00m,上部为二阶斜坡,坡顶标高232.0m。护岸工程墙高6-15.5m,挡墙总面积约1万m2,挡墙面板采用双十字钢筋混凝土面板,条带式加筋带,就近采用河滩沙砾石做加筋体填料。加筋土结构方案与传统的浆砌片石挡墙相比,节约工程投资约

15%。

  该工程1994年12月开工,1995年6月完成护岸挡墙部分,随即经受了乌江特大洪水的考验。97年护岸工程全部竣工。  加筋土结构的特点

  通过实际工程比较和总结,加筋土结构具有以下特点:

  (1)结构新颖、造型美观

  加筋土结构形式新颖,巧妙的利用了面板、填料和加筋材料。面板看面可以根据环境和需要设计和很方便地拼装出各种图案,与景观、环境、相邻建筑配套协调,一概传统重力式挡墙的单调枯燥形象,富于艺术感染力。

  (2)施工快速、工期较短

  加筋土结构简单、施工容易、作业方便,可进行流水作业或大面积施工;加筋土工程施工技术容易掌握,需要的施工机械少,不需要专门的施工机具。另外,加筋土施工组织也比较简单,施工工序少,操作单一,现场比较好管理,调度指挥灵活。因此,加筋土工程施工都相当快,工期都比较短,而投入的人力和机具都比其它结构型式少。

  (3)造价低廉、效益显著

  加筋土护岸挡墙的造价与传统的重力式挡墙或其它结构相比,造价降低幅度一般在

10%-50%;墙的高度越大,节约幅度越大。加筋土结构的墙面板可垂直砌筑,加筋边坡的坡度也比较陡,工程占地较少。另外,工程施工时对环境的影响小,施工快、工期短,其综合效益十分显著。

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  (4)要求较低、节省材料

  加筋土结构各组成部分对材料的要求不高,其主要材料――加筋材料,目前可十分方便的获得,加筋材料的耐久性、强度和变形等指标也能满足工程要求;加筋土填料可就近采用沙土、黏性土、沙砾土、碎石土或工业废碴等。加筋土结构为柔性结构,对不均匀沉降反应不敏感,对地基的要求相对较低。加筋土结构一般基础小、面板薄、材料用量少,与其它结构相比,能显著地节约材料用量。

  (5)适应性强、应用广泛

  加筋土技术的应用经过国内外几十年的研究和发展,已从公路路堤、路肩应用发展到应用于桥台、匝道、边坡,目前已用于水利工程的护岸、防洪堤、水闸、滩涂围垦,水运工程的港口码头、防洪堤、库场和航道整治的顺坝、丁坝、碴场、储料场、货场等,甚至还用于危险品(如石油、氨、炸xx8药)或危险建筑的围堤、围墙,军事防护工程的防护设施等。

  1. 注意问题

  通过十多年加筋土技术的推广应用和工程实践,建议在加筋土技术应用中,应特别注意以下几个问题:

  (1)加筋材料的耐久性问题

  选用的加筋材料必须充分考虑耐久性。目前的国家标准或行业规范对此尚不明确,加筋材料生产厂家几乎对此避而不提,但业主、设计、施工、监理和质监各方却不能回避这个问题。选用塑料带(PP带)或土工格栅时应严格检验其防老化性能,如不能提供防老化指标,建议选用防老化性能较好的钢-塑复合带,或聚烯烃玻璃纤维复合带等。

  (2)施工质量控制

  加筋土结构较为简单,施工也相对方便,但加筋土技术应用的成败在很大程度上取决于施工质量。施工质量控制是一个难点,也是一个重点。难点在于分散和隐蔽,重点在于现场监控,关键在于认真对待、有效地现场管理和现场检查监督。

加筋土工程施工的关键是加筋材料的铺设和填料道的压实,必须保证加筋材料平铺、伸直、拉紧。对条带式加筋材料,在后半部分应均匀分别在填料层中。

加筋土填料应满足施工标准和一定的土工标准。受材料和工程造价的限制,要完全满足土工标准步态现实,因此,施工时严格控制施工标准非常重要。加筋土填料必须按加筋材料铺设分层逐层碾压,第一层碾压后即进行压实度检查,检测点可以密些,入每段(15米)检测3点,重点在筋带后半部分。加筋体填料碾压时应控制其含水量在最佳含水量±2%范围内,加筋体的压实度应不低于90%(重型击实标准)。

  加筋材料铺设和碾压质量的好坏将直接放映在加筋体墙面的变形上。严格施工标准,达到设计要求,加筋体墙面变形一般都很小,反之则变形明显。

  (3)细部构造问题

  加筋带与面板的连接、转角处理,与帽石、梯道、排水管涵出口的处理,以系船柱和系锚墩的构造处理等问题,都应根据具体情况认真对待,不断加以改进和完善。

内河中的护岸工程兼作码头,码头上系船设施采用系锚墩加拉杆和锚锭块结构,锚墩上埋置锚链或系船柱。锚墩和拉杆结构成独立的结构系统,系缆力直接传递到墙体以后的土体中。锚墩下的加筋体应充分压实,适当提高其压实度。锚墩后的拉杆施工时必须张紧,并同时采用超填土或钉木桩支撑拉杆,防止上层加筋体施工时拉杆可能发生的过大变形,控制锚墩处墙面板的变形。

  (4)工程防洪和管理

  对正在施工或未全部竣工的加筋体工程,汛期必须做好和加强防洪措施。对护岸工程的端部应做好临时工程渡汛:加筋体顶部,应及时用块体覆盖,防止冲刷;对加筋体尾部,应及时回填,并应有一定的回填宽度。

  加筋体工程在施工和使用中,工程后方的生活、生产等废水、污水必须由专门的排水管道系统排放,并确保排泄畅通,否则将对加筋土工程造成较大危害。

  (5)基底应力修正

  加筋土机构是柔性结构,目前计算基底应力的方法仍采用刚性墙假定,虽概念清除,计算简单,但却与实际情况差异较大。一个简单有效的办法是对墙前趾处应力进行适当折减,折减多少则要根据墙高、地基情况、加筋体宽度和工程经验综合考虑,在最大不应超过30%。

  (6)在非砂卵石填料地区应用

  对加筋土工程,在砂卵石量大、价廉地区,加筋体填料应优先选用砂卵石。当采用条带式加筋材料时,还应尽量采用级配良好的沙砾石。在无砂卵石地区采用直立式加筋土结构时,则应慎重考虑。此时可采用高强土工布或土工格栅作加筋材料,断面型式也宜先选用斜坡式。作直立式墙时,墙高不宜太大,墙高较大时,多采用多级直立式。填料则可因地制宜选用,以填料在水下工况的指标取为设计计算指标,相应的排水构造措施必须配套。当采用非砾石填料时,应分层设置排水设施使加筋体后的水体能顺畅排出墙外。不管采用何种填料,都必须保证填料易压实、能达到设计要求的压实度。 结语

  (1) 经过十余年的研究和工程应用,实践表明,加筋土技术在护岸工程、防洪工程、码头工程中是适用的、可靠的。加筋土结构具有形式新颖、施工快速方便、适应性广、工程造价经济等特点,可在内河河岸整治和防洪工程、港口码头中推广应用。

  (2) 加筋土技术在水利、水运工程应用时,由于使用环境上的不同,对加筋材料的耐久性问题、施工质量控制问题、机构细部构造处理问题、工程施工中防洪问题、工程使用管理问题以及结构设计计算问题等,都应引起足够重视。 

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