榕江县加筋挡土墙防洪堤工程设计

1、榕江县加筋挡土墙防洪堤工程设计摘要：榕江加筋挡土墙防洪堤工程的设计和建立，是加筋土技术应用于水利工程的一个成功典范，具有显著的经济效益。本文阐述了加筋土技术应用于水利工程的特点和设计要点，旨在为加筋土这种新技术在水利工程上的推广和应用起到积极的推动作用。关键词：榕江防洪堤设计水利工程特点加筋土技术应用经济效益显著1工程慨况榕江县位于贵州省黔东南苗族侗族自治州东南部，珠江流域西江水系都柳江中游。都柳江流域处在黔东南多雨区，每遇暴雨容易产生峰高、量大的洪水，导致洪灾，使榕江县城历年频繁遭受洪灾之苦，给县城经济和人民生命财产造成重大损失。为确保榕江县人民生命财产的平安，保障地方经济持续、稳定开展，国

2、家批准了榕江防洪工程的建立。一期工程2001年度施行方案为新建加筋挡土墙防洪堤1230.76，沿城区都柳江支流平永河右岸修建。工程总投资：1220.56万元。防洪标准为20年一遇。榕江防洪工程主要建筑物为防洪堤。由于榕江防洪一期工程地处平永河，河滩常年淤沉积有大量的砂砾石、砂卵石，为修建加筋挡土墙提供了丰富的天然填料，因此具有修建加筋挡土墙作为防洪堤的优越条件。因此，在堤型方案设计上，我们对榕江防洪工程整个一期工程4090长的防洪堤作了浆砌石重力式防洪堤和加筋挡土墙防洪堤两种堤型方案的经济比拟。经过比拟，浆砌石重力式防洪堤直接工程投资为6097万元，而加筋土防洪堤为3084万元，其工程造价比传

3、统的浆砌石重力式防洪堤节约49.4%。可见，采用加筋挡土墙防洪堤，可以大大节省工程投资。因此，我们采用加筋挡土墙作为榕江防洪工程的防洪堤型。2地质条件榕江防洪工程位于黔东山地向桂北丘陵过度地带，地貌类型以中山和低山丘陵河谷盆地为主。出露的地层主要有前震旦系板溪群清水江组灰绿色层状娟云母板岩及粉砂质板岩，上白垩系红色砾石泥岩，第四系残坡积和冲洪积层，与工程亲密相关的是第四系的砂质土层和砂砾石层。工程区位于平永河右岸的漫滩、一级阶地及一级阶地前缘的第四系覆盖层，主要为砂质土层及砂砾石层。砂质土层厚26，承载力R=150180Kpa，抗剪强度f=0.25、=10Kpa，浸透系数K=10-310-4/

4、s；砂砾石层厚度8.512.5，承载力R=250Kpa，抗剪强度f=0.35、=0,浸透系数K=10-110-2/s。防洪堤根底建于稍密实的砂质土层及砂砾石层上。由于砂质土层及砂砾石层透水性较强，将会产生以下不良的工程地质问题：1、浸透变形影响地基稳定。在洪水位情况下，水流沿根底下部产生绕渗，应研究地基产生潜蚀管涌破坏问题。2、洪水期间沿根底下部产生的绕渗，将使防洪堤内较低洼地带出现内涝。3、加筋挡土墙较高时，支撑面板的根底座于软基上，须解决根底承载力缺乏的问题。4、防洪堤根底置于砂质土层及砂砾石层上，各段性状不均，压缩变形较大，须防止地基不均匀沉降对墙体的影响。5、须防止洪水对砂质土层、砂砾

5、石层堤基迎水面的冲刷掏空导致墙体破坏。上述问题是加筋土挡墙防洪堤设计上的最主要特点，这些特点限制了加筋挡土墙这种新构造、新技术在水利工程上的应用。目前在我省，加筋挡土墙防洪堤仅应用于根底岩基情况较好的赤水市防洪工程，榕江防洪工程是加筋挡土墙在根底情况较复杂的情况下在我省的又一次成功应用。3加筋挡土墙防洪堤设计3.1设计特点加筋土挡墙这种新构造、新技术，具有非常显著的技术经济效益。它与传统的砌石、混凝土材料挡墙相比可节约工程造价20%50%，可就地取材、施工快速、工艺简单、外形美观、根底地质条件适应性强，被国内外专家认为是支挡构造的一场革命，被誉为“是土木工程中继创造混凝土和钢筋混凝土后最重大的

6、创造。广泛应用于公路、铁路等建筑行业，详细应用于挡土墙和路堤等建筑物。水利建筑行业那么应用较少，而应用于挡水的防洪堤那么是少之又少了。加筋土挡墙由面板、拉筋和填土组成。其主要构造包括：25钢筋砼预制面板，厚1418，面板外形可为矩形、正六边形，面板间可互相拼接，外观漂亮，构造结实。面板后采用AT钢塑复合筋带拉固，筋带从面板预埋拉环或预留孔中穿过，折回另一端对齐，成扇幅状铺设在压实整平的填料土中，依靠筋带与碾压回填料间摩擦阻力作用维持挡土墙的构造平衡。填料主要采用砂类土、砾碎石土。水利工程上宜采用砂砾卵石作填料。由于水利工程有其自身的特点，加筋土挡墙应用于防洪堤时也有其不同于单纯作为挡土墙或路堤

7、等建筑物时的特点。把加筋土挡墙设计为防洪堤时，由于防洪堤的主要作用是“挡水，因此必须考虑水流对加筋土防洪堤挡墙的各种影响，主要表如今：防洪堤在外水压力作用下的稳定，洪水沿堤身浸透的浸透稳定。加筋土防洪堤置于土基或砂砾石根底上时，洪水期间，在洪水位作用下，水流沿根底下部产生绕渗、潜蚀管涌破坏问题和迎水面堤基的冲刷问题以及墙体较高时地基承载力缺乏的问题。在堤身构造上还需要设置排水反滤措施以便将洪水期间渗入堤身的渗水迅速排出堤外，以免危及堤身平安。这些即是加筋土挡墙应用于防洪工程的主要设计特点。因此，除了加筋土挡墙构造自身的设计特点外，“水对加筋土挡墙的各种影响也就成了设计要点。能否解决这些技术问题

8、是加筋土挡墙能否应用于防洪工程的关键，这也是加筋土挡墙很少应用于水利工程的主要原因。3.2断面构造型式和构造由于设计上的一些特点，使得加筋挡土墙防洪堤的断面构造型式不同于常规。榕江加筋挡土墙防洪堤修建于平坦宽阔的河滩地，除了由基储面板、拉筋、填料、帽石等组成的“筋带区垂直体外，由于堤背无物可依，须回填一定坡度的填料护坡“非筋带区三角体，堤背的坡度根据浸透稳定以及边坡稳定计算确定。这与传统土石坝的梯形断面形状相似，只不过挡水面的缓坡变为垂直坡而已。因此，榕江加筋挡土墙防洪堤的断面构造分为两个部分：挡水面的“筋带区垂直体和背水面的“非筋带区三角体。挡水面的“筋带区垂直体是常规的加筋土挡墙构造，背水

9、面的“非筋带区三角体那么为水利工程上常见的土体边坡构造。两部分有机结合在一起，共同组成了一个路堤结合的防洪堤，既可以挡水防洪，又可以在墙顶面形成通车路面见图1。榕江加筋土防洪堤最大高度11.65含根底及超高。为满足堤顶行车需要，设计堤顶宽7，净宽6.4，墙顶设15砼防浪墙，高0.5，兼作路面防护栏墩。25钢筋砼预制矩形面板厚18，尺寸为5001000或500500。面板后并设有30厚的碎石反滤层以便平安的排出洪水期间渗入堤内的洪水。设计AT30020B钢塑复合拉筋带长度6.5、宽度0.3，堤身用砂砾石料分层回填碾压，堤背采用1:2的边坡，并用块石护砌。为防止发生渗流管涌，确保堤身平安稳定，坡脚

10、设排水棱体，高度1.02.0，顶宽1.0，两侧边坡为11。并于坡脚设置排水沟4003002以便及时将堤身渗水排走。挡水面板根底下设15砼承台梁，底宽1.6，高1.6，为矩形构造。加筋挡土墙防洪堤设计断面构造型式见图1。图1加筋挡土墙防洪堤断面构造型式图3.2设计计算加筋挡土墙防洪堤的设计计算除了根据?公路加筋土工程设计标准?JTJ01591，进展外部稳定分析计算和内部稳定分析计算外，由于加筋挡土墙防洪堤填料大多为中低液限砾类土、砂类土、砂砾石土等具有浸透性的材料，因此还需要进展浸透稳定分析计算。加筋挡土墙防洪堤内部稳定计算加筋挡土墙防洪堤内部稳定计算主要是确定筋床填料的压实密度和计算支撑挡水面

11、板的钢塑复合筋带所受的拉力，目的是确定筋带型号、断面长度及数量一般按部分平衡法计算，以满足加筋土的内部稳定，其本质也就是筋带的抗拉抗拔稳定。加筋挡土墙防洪堤外部稳定计算加筋挡土墙防洪堤外部稳定计算包括加筋土的抗滑稳定、抗倾稳定、整体稳定和地基应力计算。加筋土防洪堤外部稳定计算时须考虑水荷载的作用。因此，加筋挡土墙防洪堤的外部稳定计算必须考虑两种最不利的设计工况荷载组合，一种是墙前无水压力，墙后堤背填土压力情况，一种是墙前有水压力情况。通过对两种设计工况的计算以确定加筋挡土墙防洪堤外部稳定计算的控制工况。加筋挡土墙防洪堤的浸透稳定计算加筋挡土墙防洪堤的浸透稳定计算那么是在水压力作用下，计算加筋挡

12、土墙防洪堤的浸透稳定可以参照土石坝设计标准中浸透稳定的计算方法。另外还须对水的浸透量进展计算，以确定洪水期间，堤后浸透量的大小，相应采取抽排措施。通过对榕江加筋挡土墙防洪堤的详细计算，其外部稳定和内部稳定计算均满足有关设计标准的要求，并通过浸透稳定计算确定堤背回填区边坡为1：2。须特别说明的是，在进展加筋土防洪堤构造外部稳定的地基应力计算时，由于砂质土层地基承载力R=150180Kpa较小，如仅仅靠内部稳定计算中确定的筋带区的面积缺乏以提供必须的承载力，因此我们将最下部的4层筋带延长至堤背，这样筋带区的面积扩大至整个基底宽度，扩大了23倍，从而有效的解决了地基承载力缺乏的问题，同时也增强了根底

13、的浸透稳定。这样，通过上述的设计计算，并经过进一步的根底处理以及构造设计我们就可以解决上面提及的由于砂质土层及砂砾石层的强透水性产生的不良工程地质问题以及加筋挡土墙应用于水利上的防洪工程时所遇到的特有问题。解决了这些问题，在水利工程上应用加筋土技术也就不存在困难和技术问题。这对加筋土技术的推广是有很重要意义的。3.3根底处理加筋挡土墙防洪堤的根底包括两个部分：面板根底部分和筋带区部分。前面已提及，榕江防洪工程区位于平永河右岸的漫滩、一级阶地及一级阶地前缘的第四系覆盖层，主要为砂质土层及砂砾石层，因此榕江加筋挡土墙防洪堤根底主要置于稍密实的砂质土层及砂砾石层上。筋带区部分根底埋深1.62.0，首

14、先去除原地表0.61.0厚的淤泥、腐质土以及垃圾、废料后，再深挖1.0至中密实以上的砂质土层及砂砾石层，并碾压回填1.0厚的砂砾石，整平压实。面板部分根底埋深2.22.6，根底设置在稍密至中密状砂卵砾石层或砂质土层上，下设15砼承台梁，底宽1.6，高1.6，为矩形构造。临水面用大石块回填，以防洪水冲刷淘蚀堤脚。对置于砂质土层上的面板根底，设计上加设了两排直径0.150.2、长度3.04.0，插入砂砾石层的木桩，以防止根底出现较大的沉降，也是增加平安性的一种措施。由于防洪堤根底各段地质性状不一，为防止根底不均匀沉降，防洪堤须设置沉降逢，间距为10，根底地质性状变化处，还须增设。沉降逢处敷设宽度为

15、0.6的复合土工布，以起到反滤的作用。3.4施工及施工情况加筋挡土墙防洪堤的施工分为以下几个主要部分：根底工程、面板的制作与安装、筋带铺设、填料的采集、摊铺、压实、防水、排水和其它工程。施工时，根底采用机械开挖，砼面板采用预制，面板安装用人工或机械吊装就位。堤身采用碾压机械分层碾压，分层厚度为0.5。筋带为人工铺设。填料就近于河滩及河床中机械采集。各部分详细施工方法和质量控制等内容可参见?公路加筋土施工技术标准?JTJ03591，本文不再繁述。实际在施工开挖过程中，根底开挖至设计砂质土层高程后，再往下开挖2.03.0左右即可达至较密实的砂砾石层，由于使用机械化开挖较为容易，施工现场处理时即采取

16、了取消木桩，开挖至砂砾石层的措施。虽然工程量稍为增大，但却使整个防洪堤根底均置于密实的砂砾石层上，从而更好地确保了防洪堤根底的平安稳定。另外，通过现场碾压实验发现，堤身砂砾石填料压实后的浸透系数到达了K=10-3/s量级，比设计时的K=10-2/s量级减少了10倍，从而增加了浸透稳定的平安性，也大大减少了堤身的浸透量。由于采用机械化施工、且工艺简单，因此施工速度较快，施工期大为缩短，目前，仅经过一年的施工，榕江加筋挡土墙防洪堤已根本建立完毕。由于施工单位的施工技术较为成熟和纯熟，整个防洪工程的施工较好的表达了设计的意图，同时也较好的到达了设计的要求，如同一道铜墙铁壁将长期嗜虐和危害榕江县城人民生命财产平安的洪水挡于“国门之外。4结语将加筋土挡墙技术应用于水利工程的防洪堤挡水建筑物，当可以就近采用大量天然砂砾石填料时，这种堤型构造可以大大节约工程投资，而且施