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        水泥廠山坡地邊坡防護及結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

        2014-10-21 20:07:41宣奇辰
        建筑工程技術(shù)與設(shè)計 2014年32期
        關(guān)鍵詞:邊坡防護加固設(shè)計

        宣奇辰

        摘要:本文筆者結(jié)合某水泥廠典型邊坡實例,對其邊坡防護和結(jié)構(gòu)加固設(shè)計進行詳細分析,可供參考。

        關(guān)鍵詞:山坡地;邊坡防護;加固設(shè)計

        一、 水泥廠山坡地邊坡特征

        水泥廠因運行過程排放的污染物對環(huán)境危害較大,因此廠址通常選擇在山區(qū)丘陵一帶。當水泥廠建于山區(qū)時,需要對山頂?shù)貛нM行削山處理,保證山頂平坦適于建廠,在丘陵一帶需要填充土石方,對丘陵進行整平處理。因水泥廠建設(shè)地勢復(fù)雜多變,因此,對于水泥廠建設(shè)的邊坡處理需要重點關(guān)注一下環(huán)節(jié):

        (1)邊坡常有運輸車輛或行人經(jīng)過,流動量大,因此,需要確保邊坡堅固可靠,提高車輛和行人安全性。

        (2)因建設(shè)場地地勢多變,在建設(shè)過程中根據(jù)對工藝需要、地形條件等因素的綜合分析,選擇邊坡坡度。

        (3)當水泥廠建于山頂,需要運輸機輸送物料的情況下,水泥廠應(yīng)嚴格把握邊坡位移,防止因位移導致運輸機傳送帶受力不均而斷裂。

        (4)當水泥廠建設(shè)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)特殊的情況下,應(yīng)考慮土質(zhì)對邊坡建設(shè)的影響,對邊坡做好維護工作。

        二、邊坡防護與結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

        1 區(qū)域土質(zhì)膨脹下的邊坡設(shè)計

        某新建水泥廠選址于丘陵地帶,地勢復(fù)雜高程多變,將場地整平需要消耗大量人力物力。因此,選擇梯形平臺進行水泥廠建設(shè),將原場地整平成幾個大的梯形平臺,水泥廠建于平臺之上,各平臺邊坡高度在10米左右,選擇半挖半填節(jié)省土石方用量。

        與此同時,在水泥廠選址的西南部預(yù)留出兩塊空地,作為二期建設(shè)用地,用于石灰石調(diào)勻場地,為水泥生產(chǎn)原料做預(yù)處理準備工作。該調(diào)勻場選址處有兩座小山,同時選址處位于山坡下坡位置,整平過程可將兩座小山做削減,利用挖土回填的原理將土石方填補到下坡處。在挖土石方過程中所形成的兩段挖方邊坡,分別標記為A區(qū)和B區(qū),本文僅對A區(qū)進行論述,B區(qū)內(nèi)容可以參見A區(qū)。

        1.1工程地質(zhì)條件

        根據(jù)本工程地質(zhì)情況,該場地地層從上至下依次為:

        (1)人工填積素填土(Q ):褐黃色灰白色,主要由黏性土組成。呈稍濕、松散~稍密狀態(tài)。

        (2)第四系殘積+坡積(Qa)黏土,上部棕褐色,下部褐黃色,含少量鐵錳結(jié)核及氧化物。呈稍濕、硬塑狀態(tài),為中等脹縮土 (在高邊坡處,此層未發(fā)現(xiàn)有膨脹性)。

        (3)強風化泥巖淺灰色~灰色,主要礦物成分為水云母、蒙脫石等黏土礦物,巖芯呈柱狀,為強脹縮土。

        (4)中風化泥巖:灰色,主要礦物成分為水云母、蒙脫石等黏土礦物。巖芯呈長柱狀,較完整。

        (5)強風化砂巖:褐灰色~灰綠色,主要礦物成分為石英、長石、云母等,巖芯呈柱狀。

        1.2水文地質(zhì)條件

        邊坡場地內(nèi)主要為上部滯水和基巖裂隙水.勘察范圍內(nèi)未見穩(wěn)定的地下水,可不考慮地下水的影響。

        1.3設(shè)計理念

        在定性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合定量計算,對此膨脹土邊坡采用差別化治理措施。(1)對于高度較小的五級六段人工邊坡,在廠區(qū)條件許可的情況下,盡量放緩坡率,采用先進的柔性支擋設(shè)計理念,堅持“封閉包蓋、保濕防滲、以柔治脹”的技術(shù)理念。成功的膨脹土邊坡防護措施應(yīng)是能有效保持邊坡土體天然含水量的穩(wěn)定,保持邊坡土體足夠的抗剪強度,且防護措施應(yīng)能適應(yīng)膨脹土邊坡所產(chǎn)生的變形而不至于破壞。(2)對于高度較大的石灰石預(yù)均化堆場邊坡.采用深層錨固和坡面淺層加固綜合防治,確保邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。深層錨固目的是將有滑動趨勢的滑動體整體錨固于深層穩(wěn)定土體中.淺層加固主要是將表面松散結(jié)構(gòu)固結(jié),錨固技術(shù)具有較大延性,既能順應(yīng)膨脹土的脹縮變形。又由于其錨固作用,限制邊坡的最大位移,與膨脹土具有良好的耦合協(xié)調(diào)。

        1.4加固前穩(wěn)定性驗算

        計算時取A區(qū)典型斷面,坡體單位寬度1m。計算后斷面在天然工況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為1.178.在暴雨工況下的安全系數(shù)為0.951。邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范要求,需要進行加固設(shè)計。由

        于邊坡在開挖前處于穩(wěn)定狀態(tài),因此取剩余下滑力與土壓力兩者的最大值作為設(shè)計荷載。經(jīng)計算比較后.剩余下滑力大于土壓力,在暴雨工況下,安全系數(shù)取 1.10.最大剩余下滑力達到574kN/m。

        1.5邊坡防護與結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

        (1)對于高度較小的五級六段人工邊坡.借鑒國內(nèi)外膨脹土邊坡防護的成功經(jīng)驗,在本工程膨脹土邊坡防護中采用了土工膜+方格型截水骨架的防護措施,并輔以邊坡外部的排水設(shè)置通過土工膜的鋪設(shè),隔絕坡面、坡頂雨水的人滲,防止雨水入滲而引起的邊坡土體天然含水量變化:使膨脹土表面大氣影響區(qū)內(nèi)的土體保持相對的穩(wěn)定,防止土體風化而產(chǎn)生裂隙.導致強度的衰減。坡面鋪設(shè)土工膜前,在邊坡表面挖骨架槽,并將土工膜嵌到槽內(nèi),然后澆筑漿砌片石,并在相應(yīng)的骨架部位上砌排水溝槽,整體上就形成了膨脹土邊坡的里外排水系統(tǒng)。

        同時,漿砌片石骨架將對坡面的沖刷分成了若干小格.形成“格室”效應(yīng).每一骨架內(nèi)的水流在該范圍內(nèi)通過相應(yīng)的排水溝槽排走消散。由于骨架的存在,將膨脹土邊坡表層分為若干小格,削弱了坡面的整體膨脹性,進一步提高邊坡的穩(wěn)定性。漿砌片石骨架砌好后,在每一骨架內(nèi)覆土種植草皮,一方面可以防止土工膜受大氣影響產(chǎn)生老化,另一方面通過表面覆植好土.可緩解膨脹土超固結(jié)性對邊坡開挖的影響。

        (2)對于高度較大的石灰石預(yù)均化堆場邊坡。參考在當?shù)嘏蛎浲吝吰轮ёo使用效果良好的錨固技術(shù)。采用格構(gòu)框架+深層支護錨索及淺層支護錨桿.框架內(nèi)植草,可利用強勁的植物根系固土.緩解氣候和水對膨脹土的影響.使邊坡土體含水量相對穩(wěn)定,避免土體因反復(fù)的干濕作用造成的強度衰減 。

        該廠區(qū)邊坡經(jīng)歷一個雨季多場暴雨的考驗,邊坡穩(wěn)定且生態(tài)效果良好,證明邊坡防護是成功的。

        1.6錨索設(shè)計

        目前市面上錨索種類較多,本文只針對壓力分散型錨索進行闡述。該類型錨索具有分散加載在錨索上的壓力的功能,在建設(shè)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)較軟的條件下應(yīng)用較多。結(jié)合水泥廠選址自然環(huán)境狀態(tài),本設(shè)計選用壓力分散型錨索進行安裝操作。選用承載力為200kN的錨索連接各鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

        1.7錨拉樁結(jié)構(gòu)設(shè)計

        (1)在水泥廠中,物料堆棚常采用高站臺低貨位方式,可在保證儲量的同時減少占地面積。此車間正好位于邊坡坡腳前緣.高站臺低貨位的存在削弱了樁前土體所能提供的錨固力,加大了邊坡治理難度。一

        般站臺高差在7m~8m,高差段的支護往往采用扶壁式擋土墻與物料堆棚結(jié)構(gòu)一起設(shè)計減去墻踵板的寬度。以及考慮土體在擋土墻施工前形成約45。的破裂面.最終構(gòu)成底寬約18m的梯形被動土壓力區(qū),其將作用于抗滑樁前,提供抗滑力。錨拉樁所受力為:

        1)樁后水平推力: , 僅為滑裂面的水平傾角。

        2)樁前被動土壓力(抗力): 。

        3)錨固段地層提供的抗力:將錨固段作為彈性地基梁計算。

        (2)作為主體抗滑結(jié)構(gòu),在邊坡下部設(shè)置一排直徑61.6米圓形C30預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁(由于邊坡所在地區(qū)嚴禁使用人工挖孔樁,因此設(shè)計為施工較為方便的圓形機械成孔灌注樁),中心距3.2m.樁長215m.樁頂設(shè)一束承載力200kN的預(yù)應(yīng)力。壓力分散型錨索,且用連梁聯(lián)結(jié),提高其整體剛度。

        三、結(jié)論

        綜上所述,本文得出以下三個結(jié)論:

        (1)水泥廠多建設(shè)在山丘上,為建設(shè)增加了困難性。因此,在建設(shè)過程中應(yīng)對區(qū)域地勢地貌進行充分了解,注意坡度、坡腳對廠房建設(shè)的限制,對地勢低洼處可考慮挖補回填的方式以節(jié)省土石方用量,在建設(shè)過程中注意邊坡位移對傳輸機的影響、廠區(qū)車間緊鄰坡腳的建設(shè)要點等內(nèi)容。

        (2)膨脹土因土質(zhì)松軟,建設(shè)水泥廠應(yīng)采用剛性支護,防止廠房下陷影響正常工作運行,在建設(shè)初期,應(yīng)對土壤性質(zhì)進行詳細分析,根據(jù)不同土質(zhì)選擇相對應(yīng)的設(shè)計方案。

        (3)當覆蓋層厚度較大時,因壓力分散型錨索和錨拉樁聯(lián)合使用的新型結(jié)構(gòu)具有更高的固定效果,因此被更廣泛的采用。

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