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        生態(tài)擋墻技術(shù)在河道工程中的應(yīng)用

        2016-11-15 06:50:56
        黑龍江水利科技 2016年8期
        關(guān)鍵詞:筋帶石籠護(hù)岸

        豐 威

        (福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院,福州 350000)

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        生態(tài)擋墻技術(shù)在河道工程中的應(yīng)用

        豐 威

        (福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院,福州 350000)

        社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高,在河道建設(shè)及整治工程中,生態(tài)與景觀要求也不斷提升。生態(tài)擋墻技術(shù)在總結(jié)傳統(tǒng)擋墻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及不足的基礎(chǔ)上,不僅能發(fā)揮應(yīng)有的水利工程功效,同時(shí)還能滿足生態(tài)及景觀等要求,在河道工程中發(fā)揮著重要作用。文章在總結(jié)現(xiàn)有生態(tài)擋墻技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)際工程介紹了生態(tài)擋墻技術(shù)在河道工程中的應(yīng)用。

        生態(tài)擋墻;河道工程;水利工程;生態(tài)景觀

        0 前 言

        社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市建設(shè)步伐的加快以及生活水平的不斷提高,促使城市河道、堤防建設(shè)和整治工程不僅要發(fā)揮作為水利工程的功效,同時(shí)還要求能融入城市景觀及生態(tài)保護(hù)等多項(xiàng)內(nèi)容。擋墻作為重要的水利工程設(shè)施在河道建設(shè)及整治過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用,過(guò)去的擋墻基本只強(qiáng)調(diào)水利工程功效,卻忽視了生態(tài)及景觀要求,相應(yīng)的擋墻技術(shù)有漿砌石擋墻、鋼筋混凝土擋墻等傳統(tǒng)技術(shù),此類技術(shù)將整個(gè)河岸表面封閉起來(lái),隔絕了土壤與河道水體之間的水體及其他物質(zhì)交換,同時(shí)表面的光滑特性也不具有人性化特點(diǎn),與現(xiàn)行的“人水和諧”理念相去甚遠(yuǎn)。近年來(lái),因生態(tài)及景觀等要求,生態(tài)擋墻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,在水利工程與自然環(huán)境的和諧相處建設(shè)中發(fā)揮了重要作用,生態(tài)擋墻技術(shù)主要有自嵌式加筋擋墻、石籠擋墻以及生態(tài)袋擋墻[1]。生態(tài)擋墻技術(shù)具有良好的柔韌性,整體性較好,且具有良好的透水性,生態(tài)景觀性更是其主要特色,同時(shí)生態(tài)擋墻施工靈活且施工速度快,平均施工速度是傳統(tǒng)擋墻的5倍。下面對(duì)不同生態(tài)擋墻技術(shù)進(jìn)行闡述,同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程,介紹自嵌式擋墻技術(shù)在河道整治工程中的應(yīng)用。

        1 生態(tài)擋墻技術(shù)

        1.1 自嵌式擋墻

        該擋墻的工作原理類似于預(yù)制面板加筋擋墻,不同的是采用自嵌塊替代混凝土面板,加筋材料采用土工格柵,通過(guò)筋帶與土體摩擦及筋帶與面板間的拉結(jié)起到擋土作用。自嵌塊塊體之之間通過(guò)臺(tái)階、榫接等方式相互咬合在一起,整體性強(qiáng),同時(shí)臺(tái)階式的墻體可以形成10°左右的坡度,使得墻體重心偏內(nèi),可以增加其在土壓力作用下的抗傾覆能力。同時(shí)有的自嵌塊可以在預(yù)制混凝土塊預(yù)留孔洞,使得表觀重度較低,對(duì)地基的要求較低[2]。自嵌式擋墻具有良好的透水性能,能適應(yīng)地基的沉陷,但局部破壞后會(huì)因自嵌塊之間的咬合而不易檢修。目前影響自嵌式擋墻使用的主要因素是其耐久性有待進(jìn)一步檢驗(yàn),同時(shí)因其塊體之間留有孔縫,雖然避免了專門設(shè)置伸縮縫工序,但是其大流速情況的抗沖刷能力有待驗(yàn)證。

        1.2 石籠擋墻

        該擋墻符合常規(guī)的力學(xué)原理,將不同塊徑的石料固定在一起,形成巨大塊狀結(jié)構(gòu)體,具有接受張力的功能,同時(shí)還可吸收外部壓力。石籠擋墻孔隙多,可充分保證河流水體和河岸土體之間的水分與物質(zhì)交換,利于墻后地下水壓力的釋放。目前石籠擋墻的石籠網(wǎng)主要采用用涂膜熱鍍鋅低碳鋼絲,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且強(qiáng)度高,整體性好,且具有一定的變形能力,是良好適應(yīng)地基的變形。石籠擋墻的破壞往往非石籠網(wǎng)老化銹蝕破裂引起的,經(jīng)常是因網(wǎng)中石料在水流的作用下不斷摩擦石籠網(wǎng),進(jìn)而導(dǎo)致石籠網(wǎng)破損。石籠擋墻的缺點(diǎn)在于對(duì)石料需求量大,同時(shí)對(duì)石料自身特性要求高,一般只在石料豐富的地方使用。

        1.3 生態(tài)袋擋墻

        該擋墻由生態(tài)袋和網(wǎng)肋型聯(lián)結(jié)扣單體砌合而成,形成整體的擋土結(jié)構(gòu),生態(tài)袋內(nèi)填充特殊配置的材料,具有優(yōu)異的物理及化學(xué)特性,可抵抗紫外線的破壞,不易發(fā)生質(zhì)變,抗老化和抗酸堿性侵蝕以及抗微生物分解。如果不加筋,墻體對(duì)地基變形具有適應(yīng)能力,但是會(huì)因袋內(nèi)土體逐漸估計(jì),變形適應(yīng)內(nèi)力減弱,進(jìn)而有可能導(dǎo)致破壞。生態(tài)袋受袋體的孔徑影響大,過(guò)大易受雨水侵蝕,過(guò)小易堵塞失去生態(tài)能力。以上特性使得生態(tài)袋擋墻的應(yīng)用范圍收到限制,盡在小型和邊坡高度低的河道中得到應(yīng)用,且一般只作護(hù)坡形式出現(xiàn)。

        2 工程實(shí)例

        2.1 工程簡(jiǎn)介

        烏石浦河道位于連江縣敖江鎮(zhèn),西端與蛇塘河分流口銜接,東端至金鳳路,河道存在淤積嚴(yán)重、排水不暢、過(guò)水能力不足等問題,甚至個(gè)別河段被回填建房及道路施工回填占用,阻水較為嚴(yán)重,內(nèi)河長(zhǎng)滿水浮蓮,堵塞嚴(yán)重,造成河道泄流不暢,水面壅高,常出現(xiàn)涵閘前無(wú)水可排而遠(yuǎn)離涵閘的地方受淹的現(xiàn)象。

        烏石浦河道整治工程主要作用為保護(hù)兩岸居民生產(chǎn)生活用地和市政道路的安全運(yùn)行,主要保護(hù)對(duì)象為整治河道旁擬建市政道路及周邊居民生活地。此次工程主要建筑物為河道護(hù)岸,河道整治總長(zhǎng)2704m,上接蛇塘河分流口,下至金鳳路,凈水面寬度20~28m。

        2.2 自嵌式擋墻的應(yīng)用

        項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)了三種擋墻形式:自嵌式擋墻、漿砌石擋墻及混凝土擋墻。綜合考慮項(xiàng)目所在地水文地質(zhì)條件、建筑材料來(lái)源、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、持久、美觀等因素及要求,從施工技術(shù)、施工工期、工程質(zhì)量、地質(zhì)條件適應(yīng)性、工程占地及工程投資等方面進(jìn)行比較得:自嵌式生態(tài)擋墻具有投資省、對(duì)基礎(chǔ)要求低的優(yōu)點(diǎn),而其他兩種形式不相上下。故本工程確定采用自嵌式生態(tài)擋墻作為護(hù)岸方案,但根據(jù)實(shí)際情況,在住宅密集區(qū)采用混凝土擋墻護(hù)岸。

        采用自嵌式擋墻方案時(shí),堤身為回填夯實(shí)土護(hù)岸,表面為300mm厚的干砌混凝土預(yù)制塊,由3m長(zhǎng)、間距1m梅花形分布的加筋帶錨固于土堤內(nèi)部,形成擋墻。堤頂設(shè)1.2m高機(jī)砌條石欄桿,并選用適宜草、樹、花種綠化。擋墻地基處理采用1m厚碎石加砂墊層,并采用φ600水泥攪拌樁,提高地基承載力,樁長(zhǎng)8.0m,樁距1.7m×1.7m,梅花形布置。布置形式如圖1所示。

        圖1 自嵌式生態(tài)擋墻護(hù)岸

        2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

        2.3.1 筋帶計(jì)算

        筋帶抗拔穩(wěn)定性、筋帶抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0、荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ1、抗拔力計(jì)算調(diào)整系數(shù)γR1、抗拉性能的分項(xiàng)系數(shù)γf、抗拉材料抗拉計(jì)算的分項(xiàng)系數(shù)γR2取值分別為0.95、1.4、1.4、1.25、2.0。筋帶抗拉強(qiáng)度需滿足:

        fk≥γ0γfγR2Ti0

        Ti0=γQ1Ti

        Ti=(∑σEi)SxSy

        ∑σEi=σziσaiσbi

        (1)

        式中:Sx=1m,Sy為土工格柵之間距。

        經(jīng)過(guò)計(jì)算,筋帶材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算最大值fk為60.0kN/m,選用的聚丙烯(PP)單向土工格柵抗拉力Ts=60kN/m,滿足要求。

        2.3.2 抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算

        根據(jù)設(shè)計(jì)斷面的構(gòu)造尺寸和受力,確定筋帶活動(dòng)長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度,通過(guò)土工格柵所受壓力和其與填土的摩擦系數(shù)計(jì)算筋帶可產(chǎn)生的抗拔力及筋帶有效錨固長(zhǎng)度,驗(yàn)算設(shè)計(jì)筋帶長(zhǎng)度是否滿足要求。公式如下:

        Tpi=2f′σibiLai

        (2)

        本次設(shè)計(jì)筋帶入土長(zhǎng)度2.7m,共4層,經(jīng)過(guò)計(jì)算,所需筋帶總長(zhǎng)度值最大值為2.6m,設(shè)計(jì)的筋帶總長(zhǎng)度均大于計(jì)算所得的筋帶總長(zhǎng)度值,滿足規(guī)范要求。

        2.3.3 擋墻抗滑抗傾穩(wěn)定計(jì)算

        本工程內(nèi)河護(hù)岸屬4級(jí)建筑物,不考慮地震力影響,穩(wěn)定計(jì)算斷面采用矩形斷面河道的標(biāo)準(zhǔn)斷面??紤]三種工況:工況一:最高澇水位P=10%擋墻的穩(wěn)定性;工況二:最高澇水位P=10%驟降2m擋墻的穩(wěn)定性;工況三:施工期擋墻的穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果見表1。

        表1 抗滑計(jì)算結(jié)果

        由上述計(jì)算結(jié)果可知,在各個(gè)工況下,擋墻的的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值,穩(wěn)定滿足要求。

        2.3.4 復(fù)合地基承載力計(jì)算

        水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值按下式估算:

        (3)

        式中:fsp,d為水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值;m為樁土面積置換率,m=d2/(1.05s)2;Pu為單樁極限承載力特征值,kN,計(jì)算方法見下文;β為樁間土承載力折減系數(shù),軟土?xí)r0.5~1.0,硬土?xí)r0.1~0.4;fs,d為樁間天然地基土承載力設(shè)計(jì)值,kPa;Ap為樁的設(shè)計(jì)截面積,m2,直徑0.6m,截面積為0.2827m2。

        根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002),水泥攪拌樁的單樁極限承載力特征值Pu值按下式估算,并取其中小值:

        Pu=ηfcuAp

        (4)

        式中:fcu為與樁身水泥配方相同的室內(nèi)水泥試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,90d齡期的抗壓強(qiáng)度特征值(kPa),取1.25MPa;Ap為樁的設(shè)計(jì)截面積,m2;η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù),可取0.3;Up為樁身截面周長(zhǎng),m;n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);fsi為樁周第i層土的平均極限摩阻力,kPa;li為樁周第i層土的厚度;qp為樁端地基未經(jīng)修正的承載力特征值,kPa;α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),可取0.4~0.6,承載力高時(shí)取低值。

        本工程擋墻高度以3.5m計(jì),天然地基承載力取50kPa,計(jì)算得單樁極限承載力為106.1kN,水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值fsp,d=86.4kPa。由于基底最大壓力pk=82.3kPa

        2.3.5 擋墻護(hù)腳防沖驗(yàn)算

        根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013),護(hù)岸埋置深度應(yīng)滿足穩(wěn)定、抗凍及抗沖刷要求,堤腳基座埋深≥0.5m。河床可能最大沖刷深度按該規(guī)范附錄D,水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷公式如下:

        (5)

        式中:hB為局部沖刷深度,m,從水面算起;hp為沖刷處水深,m,以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替;Vcp為平均流速,Vcp=0.81m/s;V允許為河床面允許不沖流速,V允許=0.24m/s;n為與護(hù)岸擋墻在平面上的形狀有關(guān),一般取n=1/4。

        經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)流量情況下,內(nèi)河流速所產(chǎn)生的沖刷深均<0.62m,而平時(shí)內(nèi)河的流量、流速均較小,一般不產(chǎn)生沖刷。由于內(nèi)河護(hù)岸前水深、風(fēng)浪均很小,本次設(shè)計(jì)新建護(hù)岸基礎(chǔ)埋深0.8m滿足規(guī)范要求。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        注重“人水和諧”的今天,生態(tài)擋墻技術(shù)在河道建設(shè)及整治工程中起到了重要作用,不僅發(fā)揮了相應(yīng)的水利功效,而且在生態(tài)及景觀方面更是作用突出,符合現(xiàn)代社會(huì)的需要。本文中列舉的生態(tài)擋墻在河道整治工程的應(yīng)用例子為類似工程可以提供良好借鑒。但是我們也必須看到,針對(duì)生態(tài)擋墻技術(shù)目前并沒有建立良好的標(biāo)準(zhǔn)體系,未能規(guī)范其在工程中應(yīng)用,這應(yīng)是今后重要考慮方面。

        [1]劉斯榮,周旭.生態(tài)景觀擋墻在河道整治工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].科技資訊,2015(04):47-48.

        [2]章敏.生態(tài)擋土墻在河道工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].低碳世界,2015(21):100-101.

        決策思考

        TV86

        B

        1007-7596(2016)08-0131-03

        2016-06-24

        邰恩利(1971-),男,遼寧蓋州人,工程師。

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