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格賓擋牆在水利工程中的應用

时间:2016-09-19 13:10:38 | 来源:晟江格賓網 | 作者:晟江格賓網 568

摘要: 以丹江口盐池河河道治理工程为例,介绍了格宾挡墙所具有的柔韧性、环保性、生态性、耐久性、自透水性、施工便捷等优点,及其适用条件、计算方法、施工方法和目前格宾挡墙技术在应用中存在的问题。同时,通过对格宾产品进行的大量原位试验,也得到了抗剪强度、抗压强度等计算公式,结果表明: 格宾产品的应用是安全可靠的,可在水利工程中广泛应用。
   挡土墙在水库枢纽、引水枢纽、水电站及各种渠系建筑物工程中有着广泛的应用,例如水闸的进出口翼墙、岸墙,水库溢洪道边墙,水电站及船闸中的翼墙、岸墙,渠系建筑物中的桥、涵洞、倒虹吸、渡槽等进出口连接段挡墙,水库库岸、河道、渠道边坡滑坡及崩坍的防治工程中的挡墙。
   目前水利工程中挡墙大部分采用传统的浆砌石、素混凝土或钢筋混凝土结构。传统方案在工程中运用良好,却也有不足之处,如对地基承载力要求较高; 对等。
   岸坡硬化处理后阻断了水土交换、破坏生态 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、格賓擋牆的材料特性及適用條件:
   格宾是将低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件,其中填充了适当规格的圆石和块石。
1) 制造格宾所使用的钢丝具有较好的韧性,并且遵守国际标准进行了退火处理,钢丝的机械性能和性质特性,比如说,屈服强度、伸长率以及镀层质量,满足最严格的国际标准。
2) 钢丝针对不同工程采用了不同的镀层( 如: 镀锌、镀高尔凡、覆塑) ,可以满足不同使用年限的需求。
3) 采用双绞合编织而成的六角形网可以保证在 1根或几根钢丝发生断裂时,破坏点不会扩散。
4) 通过插入隔板,格宾可分成若干单元格。这些隔板是具有与外部面板相同性质的网格面板。为加强结构和安装方便,箱形格宾可做成 1 m 或 2 m 宽,在做成 1 m 宽的情况下,盖板和底板由同一层网格薄板形成,格宾部件见图 1。
图 1	格宾细部构件图
图 1 格宾细部构件图
 
5) 格宾填充石料采用合适尺寸的卵石、片石或块石,空隙率不超过 30% ,要求石料质地坚硬,强度等级MU30,比重不小于 2. 5 t / m3 ,遇水不易崩解和水解,抗。对于尖状石块,及风化岩石、泥岩不得用作风化 充填石料。
 
6) 格宾挡墙,墙后铺设足够强度的聚酯长纤无纺布,在满足墙后排水的情况下,墙后泥土不易流失。
 
7) 格宾挡墙适用条件。格宾挡墙可用于水利工程支护、航道工程支护、岩土工程支护、生态景观工程、。在水利工程中,船闸、水闸、水库、
隔音牆工程等 水電站及河道治理等工程中的翼牆、岸牆都可采用格賓擋牆,因爲格賓擋牆具有透水性,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牆運用于水利工程中。
 
2、格賓擋牆的計算:
   格宾挡墙一般为重力式结构,外形通常有外台阶、内台阶、宝塔式 3 种。由于格宾材料的特性,无法做成仰斜式的斜墙。格宾挡墙结构设计包括外部整体稳定 ( 抗滑移、抗倾覆、地基承载力以及整体稳定性) 和内部稳定验算。外部稳定原理与浆砌石或混凝土重力挡墙相同,均通过墙体自身重量来维持挡墙在土压力下的稳定,计算方法也相同,目前国内已有很完善的计算软件,这里不再赘述。内部稳定计算包括截面抗压强度和截面抗剪强度两个部分。
 1) 截面抗壓強度驗算。在擋牆設計時,必須確保擋牆任一截面上的正應力不能超過格賓網箱所能允許的最大压应力。根据 Maccaferri 集团的大量原位试验的成果,格賓網箱最大允許压应力为填石重度的函数,设计时推荐的格賓網箱允許压应力按下式计算:
σ允許 = 50 rg  - 300 ( 1)
 式中: σ允許 为格賓網箱的允許压应力,kPa; rg 为格賓網箱的单位重度,kN / m3 。
  设计时,可以参考表 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) 截面抗剪强度验算。为了保证格賓網箱之间不发生错动( 墙身剪切破坏) ,根据 Maccaferri 集团的大量原位试验的成果,设计时推荐的格賓網箱抗剪强度按下式计算:
τ允許 = σtan  *  + Cg ( 2)
 
式中: σ 为格宾挡墙任一截面上的正应力,kPa; * 为格賓網箱之间的似内摩擦角, * = 25rg - 10 ( °) ; Cg 为格賓網箱之间的似凝聚力,Cg = 300Pu - 5 000( 其中Pu 为单位网箱中,受剪截面单位面积网丝的重度) ,对于正常使用的 1 m 格宾的格賓網箱钢丝重度大约为
59 N,因此:Cg = 300Pu - 5 000 = 300 × 59 N / m2 - 5 000 N / m2 = 12 700 N / m2 = 12. 7 kPa通常安全起见,取 Cg  = 12. 5 kPa。
 3) 挡墙的稳定计算采用 Maccaferri 专用设计软件Macstars 2000,对挡墙内外部稳定性进行分析。
 
4) 計算範例。
   以丹江口盐池河河道治理工程为例,该工程位于山区,紧靠河岸就是城集公路,是车辆和行人的唯一通路,考虑到行人的安全问题,在公路宽度两边受限的情况下,设计中采用了格宾挡墙拓宽马路,将墙顶设计成亲水平台,兼作人行道路( 标准断面见图 2) 。下面以此断面为例,考虑有水的工况,计算该格宾挡墙的稳定性。
图 2	盐池河镇格宾挡墙结构图( 单位: mm)
图 2 盐池河镇格宾挡墙结构图( 单位: mm)
地基土参数: r = 20 kN / m3 ,c = 35 kPa, = 35°; 回填土参数: r = 18 kN / m3 , = 35°; 格宾参数: r = 18 kN / m3 ,c = 12. 5 kPa, = 40°; 通过查表 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利用软件计算成果分析,块体基底抗滑稳定系数计算值从上至下分别为 3. 8、3. 2、3. 8,均大于规范要求的允許值 1. 3; 抗倾稳定系数计算值为 6. 0,大于规范允許值 1. 5,挡墙满足外部稳定要求; 截面最大正应力 28. 84 < 600 kPa,最大剪应力 5. 81 < 432. 6 kPa,满足内部稳定要求。
 
3、格賓擋牆施工:
3.1、施工流程:

   格宾按设计师要求进行相应规格生产,生产好的格宾经过折叠并且包装后出厂降低了运输成本。在建设施工现场,单个格宾单元进行组装时,边板与隔板一定要与侧板相连,尺寸互相吻合,然后,几个未填充的格宾组合在一起,置入铺设格宾的地点,并且将相邻格宾组合通过绞合使其在水平方向和垂直方向上紧密的联接起来。其施工流程见图 3 所示。
   格宾体施工,采用人工组装格宾、填石、封口,施工过程在专业的技术人员指导下,施工快捷,且不易偷工减料,有利于保证工程的质量。
图 3	格宾挡墙施工流程图

图 3 格宾挡墙施工流程图
 3.2、施工注意事項:
 格賓擋牆爲柔性結構,如果對施工質量控制不嚴,易導致面牆變形。爲防止面牆變形,施工中要注意以下幾點。
 
1) 保证格賓網面强度和翻边强度。
 
2) 格宾摆放外轮廓线应该整齐划一,边缘链接、绞合紧密; 格宾面墙须选用表面平整、粒径适宜且粗细均匀的石料,按照干砌片石的标准进行摆放。
 
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後再裝填石料,石料需分層裝填。
 
4、格賓擋牆技術的優勢和不足:
 
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,相互綁紮成整體,編制網格的材料是高伸張率的低碳鋼絲,使得格賓擋牆具有很強的柔韌性及變形能力,當偶發地面沈降或地基變形時,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) 环保性和生态性。格宾挡墙采用的钢丝及石料均对自然界无任何污染。挡墙内部的填石及后期长出的绿色植被,能够很好的与周围的自然环境相互融合; 插植等人工方式更可以使外观达到人为的设计视觉效果,美化环境。
 
3) 耐久性。采用重镀高尔凡方式进行防蚀处理的钢丝具有较强的耐久性能。格宾由具有优良防腐性能的钢丝经过机械编织,组装而成,优良的镀层工艺和编织技术,保证了镀层厚度的均匀性和抗腐蚀性,一般情况下,使用寿命达到 50 ~ 60 a,覆塑钢丝的使用寿命达到 100 ~ 120 a。由于结构的整体性,以及和自然环境融为整体,所以在镀层损失的情况下,不影响结构的稳定性。
 
4) 自透水性。格宾具有天然的透水性: ①可以迅速降低结构后填土内由于降雨等原因导致的过高地下水位,消散孔隙水压力,维持土体强度,降低发生滑坡的危险; ②无需传统结构的排水设施,节省工序,加快施工效率。
 
5) 施工便捷,效率高。格宾可按设计意图,工厂化生产制作出半成品,施工现场按施工图进行组装定型。整体工法操作简便、工序少、无需特殊的技术工人、受气候干扰小,整体施工效率颇高且效果易于保证。在有机械进行配合的时候,更加能够加快施工进度。工人无需特别培训。同比此类结构的施工效率很高( 是传统结构施工效率的 2 ~ 3 倍) ,可以大大缩短施工周期。
 
6) 經濟性。格賓填充所需石頭可以采用漿砌石、幹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) 格賓擋牆存在的不足。由于有關格賓擋牆技術的理論研究仍然滯後于實踐,國家相關部門至今也未出台格賓擋牆技術的設計、施工規範,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) 格宾挡墙采用不同镀层的钢丝双绞合成格賓網箱,其中填充具有足够耐久性的石料,墙后铺设土工布,相对于传统挡墙具有柔性、自透水性的特点,而且能够达到所需耐久性要求。
 
2) 通過對格賓産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爲本、生態治理的設計理念。




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