充泥管袋模袋混凝土堤建筑物的結構型式及斷面設計

1模袋混凝土-模袋混凝土聯合雙固定模該結構清楚地表明，填充混凝土耳的截面結構采用充泥管袋作為主體，并將模袋混凝土作為護岸的類型。這兩個優點也被廣泛使用。該結構的優點是，該結構具有結實的適應性、建設速度快、成本低等優點。一般圖1顯示了填充混凝土耳的簡單圖。2混凝土墻的截面設計2.1充填土工布及袋布規格一般來講,充泥管袋充填料的細砂含量越多,充填歷時越短,袋體充滿度越高,經濟效益越高.選擇充填土質一般需考慮細砂含量大于20%,粘性含量小于10%,否則不宜采用水力充填法施工.另外,對細砂含量小于40%的土料,則往往需要二次充填才能獲得較好的充滿度.如果充填料是亞砂土、輕亞粘土或粉砂土時,選用土工布的規格為:經緯密度16×14,單絲強度大于30N/根,等效孔徑Qe<0.5mm,透水能力q=1.8~2.5mL/(cm2·s).當充填料為中細砂時,由于砂沉降快,排水流暢,故可選用較密袋布,經緯密度16×16,其等效孔徑Qe<0.25mm,透水能力q=0.26~0.7mL/(cm2·s).綜上所述,充泥管袋是以土工袋充填當地土料后才能起到堤心作用,因此,充泥管袋布材料的合理選用是防止充泥管袋在風浪、水流沖刷、揉搓等長時間反復外力作用下,原有利于濾水的孔隙尺寸不能變化過大,而使袋內土料流失,不允許在施工中的任何碰撞使袋布撕裂和戳出孔洞等.袋布材料應滿足透水性、強度、延伸率以及單位面積重量等指標.2.2內坡的陡于11.5采用充泥管袋砌筑堤身,堤身斷面的高度由所在水深及波浪大小及堤頂允許越浪的程度確定;堤頂寬度由使用要求而定,無通行要求時,施工需要保持3~4m;底寬根據邊坡坡度及地基整體穩定性綜合確定;充泥管袋砌筑的邊坡坡度,外坡應根據護面穩定和防護的要求不宜陡于1∶1.5,內坡若無其它要求時可陡至1∶1;每層充泥管袋的厚度可保持40~50cm.充泥管袋疊砌筑堤的外側,其層間的臺階一般都需用碎石或袋裝碎石補齊,然后再鋪墊一層無紡布反濾層,再在反濾層外層布置護面結構.在堤后的填土與泥袋之間也要加設一層土工布反濾層.為便于堤底充泥管袋的施工,尤其是建于軟弱地基上時,需要事先在灘面上鋪設一層土工布(亦稱軟體排).充泥管袋在施工堆筑過程中,必須注意合理分層、分段并及時成型和防護.為防止泥袋受紫外線照射而強度降低和老化,充泥管袋嚴禁長時間裸露,實踐證明裸露在陽光下3個月后,泥袋強度可降低90%以上,而及時覆蓋后的充泥管袋,2~3年后,其抗拉強度降低在3%以內,損失很小.2.3模袋混凝土厚度護面結構采用模袋混凝土,模袋是用高強化纖長絲機織成的雙層袋狀物,每隔一定距離,用一定長度的尼龍繩連接,用以控制厚度.模袋為一種柔性模板,用高壓泵把混凝土充灌進去,硬化后形成所需要的混凝土板塊,可用于護岸、圍堤等大面積護坡.模袋的結構型式有矩型、梅花型等;目前國內采用的厚度最厚可達100cm.實踐表明,模袋混凝土具有適應地形變化、施工速度快、既美觀又經濟的優點.模袋厚度計算:抵抗彎曲應力所需厚度t≥Fs×0.287?4γca2/(0.5×R2/3)(1)t≥Fs×0.287?4γca2/(0.5×R2/3)(1)式中:γc為混凝土的有效重度,kN/m3;R為混凝土的彎曲抗壓強度,kN/m2;Fs為安全系數,取Fs=3;a為模袋底架空面積為正方形時的邊長,可取a=1m;t為所需厚度,m.按公式(2)計算抵抗浮動所需厚度t≥0.07CHwLwB???√3?γwγc?γw?(1+m2)√m(2)t≥0.07CΗwLwB3?γwγc-γw?(1+m2)m(2)式中:C為系數,對大塊混凝土護面取C=1.0;Hw,Lw分別為波高與波長,m;B為與水邊線垂直方向的護面板長度,m;γw為水的重度,kN/m3;γc為混凝土的重度,kN/m3;m為邊坡系數,m=cotα.2.4施工穩定性驗證在設計充泥管袋-模袋混凝土堤充泥管袋結構時,要核算其在施工各不同階段的穩定性,有條件時應以物模實驗來驗證.穩定性包括充泥管袋逐層斷面的穩定,其中考慮水位的變動,最大波壓力位置和柔性材料間的摩擦系數等因素的變化影響.2.4.1柔性材料摩擦系數的確定柔性材料的土工布摩擦系數與土工布質地(粗糙程度、編織的經緯間均勻程度、光滑程度)以及垂直荷載的正應力有關.充泥管袋體堆筑后,有海水、泥漿做潤滑劑,將使摩擦系數減小,在施工中易產生滑動、位移,容易失穩.柔性材料摩擦系數應通過直剪儀試驗確定.摩擦剪切強度符合庫侖定律,其公式為:τ=Ca+ptanδ=Ca+pf?(3)τ=Ca+ptanδ=Ca+pf*(3)式中:τ為界面抗剪強度,kPa;Ca為粘著力,kPa;δ為摩擦角,度;p為法向壓力,kPa;f*為擬摩擦系數.試驗中,測出不同壓力下的相應抗剪強度τ,然后將試驗成果點繪成線,求出Ca,δ或f*值.試驗時,應選用測定濕水狀態下材料的摩擦系數值為好.2.4.2抗浪穩定室內模型試驗海堤是擋水建筑物,由于朔望天文大潮期間,遇上強熱帶風暴或寒潮大風過境,天文高潮位與風暴潮疊加,會構成對海堤的嚴重威脅.建議對擬建的充泥管袋設計斷面做抗浪穩定室內模型試驗,研究如何維護斷面的穩定性,避免波浪力作用下,充泥管袋被淘空失穩.2.4.3動斷面穩定性驗算采用充泥管袋筑堤,其每層充填袋的寬度一般與堤身寬度一致,其縱向尺度可根據施工工藝和能力而定.進行斷面穩定驗算時,仍采用傳統的瑞典圓弧滑動法,并考慮土工織物加筋作用.可采用圓弧滑動法,分別驗算不同階段的斷面穩定性.3充填土料充填a.當堤底地基多淤泥層而不利于堤底穩定時,需要插塑料排水板等措施加快固結.b.軟體排土工布鋪施前,應嚴格清基,消除隱患.c.充填袋體施工時,人力比例較多,需要多單位協同工作,組織管理十分重要.采用水力充填法充填袋體,如附近有細砂,可用泥漿泵直接注入,輸送距離宜在200~500m,運距太遠時,泥漿泵需接力輸送;否則由它處挖砂料至駁船后,到現場再注入.充填時袋體內的壓力應控制在2~3N/cm2,泥袋的充滿度一般保持在60%~80%.當充填土料為輕亞粘土或粉砂土時,則相應改變充填機具及施工工藝,如用混凝土泵或砂漿泵充填.堤底軟體排土工布保護層應伸出堤腳5~10m.長50~100m,寬10~20m的一個充泥管袋,可在一個潮周期內充滿;每袋充兩次,間隔1d左右.d.充填袋體層層堆筑時,波浪和水流淘刷以及堤身間的滲流都會造成袋內充填土料流失.此外充填袋體在施工階段及其以后的運用過程中,有可能受硬物尖刺的戳劃,而致使袋體出現破洞,也將造成袋內充填土料流失,最終導致堤身失穩.所以隨著施工的進展,堆筑體的增高,破面應隨時用袋裝小石子置于充填體層間臺壩,防止土料流失.同時,在施工中要盡量使充填袋體縱軸與水流向平行,以減小充填水料流失,也能提高袋體的穩定性.e.模袋的展開和固定,是施工的重要環節,特別是固定工作,對水下模袋末端的固定尤為重要.模袋敷設中,要注意做好塊與塊搭頭聯接.泵送混凝土時,混凝土填料嚴格控制水灰比,避免過稠時發生堵管.對插入袋口的噴管,充灌時應盡量使模袋充灌均勻,厚度飽滿到位.海堤頂面要用混凝土胸墻壓住模袋,以防模袋沿坡面下滑.坡腳模袋要用塊石保護,合理選用泵體性能.f.海堤合龍是施工中的重要關鍵,宜選擇合適的時間、地段,采用妥善的辦法,快速合龍.4新開河道的立幫設置木蘭溪是福建省第三大河,流經莆田市南北洋平原由三江口入海,由于千百年河床的多次改道和擺動,在全長105km的木蘭溪就有大、小彎道數十處,一遇暴雨和暴潮就使南北洋平原發生洪澇災害.曾多次擬議對木蘭溪進行裁彎取直根除水患,均因工程難度大,新開河段座落在深達十幾米的流塑狀的淤泥地基上,淤泥的土性指標太差(如φ=0.6°,c=35~40kPa,W=67%),因此新開河道根本無法以1∶3~1∶4自然立幫;同時從105km裁彎取直到10.5km后,河底坡降至少達0.12%,據動定床模型試驗成果發現,當發生50年一遇的洪水時,河床流速將達3.5~4.0m/s,因此河床及邊坡的防沖刷成為一個難題.后經綜合應用模袋混凝土和充泥管袋方法于木蘭溪裁彎取直工程的堤防中,取得了良好的效果,其施工流程為:在河床側幫部分采用粉噴樁工藝作支護樁和阻滑樁,其作用是減少開挖土方和保證邊坡穩定,然后按設計坡度(圖2)從上至下開挖至河床標高,再在河床標高處鋪一層HSH-1型土工布反濾層,隨即在兩側側幫處和河床處分別施工充泥管袋和具有一定強度的充泥管袋,前者能在河床上以1∶2邊坡立幫,后者可防止河底沖刷,最后按1∶4邊坡施工模袋混凝土.5模袋混凝土護坡a.采用充泥管袋立幫作堤身,有較好的抵抗地基不均勻沉降的優點.b.模袋混凝土和漿砌塊石相比,價格持平或略低.但從兩者的技術角度分析,模袋混凝土有如下優點:①不會因嵌固不緊使塊體錯動而產生坡面坍塌;②模袋混凝土的整體性好;③模袋混凝土施工速度遠比漿砌塊石為快,可大量節省勞動力;④模袋混凝土護坡防沖刷性能好且很少需要維修,國外資