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格宾挡墙在水利工程中的应用

时间:2016-09-19 13:10 作者:晟江格宾网www.gabionchang.com 点击:

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 随着时代的发展,水利工程日益注重生态治理的设计理念 构,可在水利工程中广泛应用。
 
1、格宾挡墙的材料特性及适用条件:
   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、
隔音墙工程等 水电站及河道治理等工程中的翼墙、岸墙都可采用格宾挡墙,因为格宾挡墙具有透水性,不能防渗,所以,有防渗要求的部位不采用,但它可以替代传统挡墙运用于水利工程中。
 
2、格宾挡墙的计算:
   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) 截面抗压强度验算。在挡墙设计时,必须确保挡墙任一截面上的正应力不能超过格宾网箱所能允许的最大压应力。根据 Maccaferri 集团的大量原位试验的成果,格宾网箱最大允许压应力为填石重度的函数,设计时推荐的格宾网箱允许压应力按下式计算:
σ允许 = 50 rg  - 300 ( 1)
 式中: σ允许 为格宾网箱的允许压应力,kPa; rg 为格宾网箱的单位重度,kN / m3 。
  设计时,可以参考表 1。
表 1 rg  - σ允许 参考表
   
rg / ( kN·m  3 ) σ允许 / kPa
   
14 400
16 500
18 600

2) 截面抗剪强度验算。为了保证格宾网箱之间不发生错动( 墙身剪切破坏) ,根据 Maccaferri 集团的大量原位试验的成果,设计时推荐的格宾网箱抗剪强度按下式计算:
τ允许 = σtan  *  + Cg ( 2)
 
式中: σ 为格宾挡墙任一截面上的正应力,kPa; * 为格宾网箱之间的似内摩擦角, * = 25rg - 10 ( °) ; Cg 为格宾网箱之间的似凝聚力,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 格宾的格宾网箱钢丝重度大约为
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) 计算范例。
   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允许 = 600 kPa,故:
 * = 25rg - 10 = 25° × 1. 8 - 10° = 35° τ允许 = 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许值 1. 3; 抗倾稳定系数计算值为 6. 0,大于规范允许值 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、格宾挡墙施工:
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、施工注意事项:
 格宾挡墙为柔性结构,如果对施工质量控制不严,易导致面墙变形。为防止面墙变形,施工中要注意以下几点。
 
1) 保证格宾网面强度和翻边强度。
 
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) 在格宾前面板绑上一个由长木板做成的方格面板,用钢丝固定使其紧靠格宾面板后再装填石料,石料需分层装填。
 
4、格宾挡墙技术的优势和不足:
 
1) 柔性材料适应地基变形能力强。格宾单元在工地现场组装成型,相互绑扎成整体,编制网格的材料是高伸张率的低碳钢丝,使得格宾挡墙具有很强的柔韧性及变形能力,当偶发地面沉降或地基变形时,格宾内部形成交错拉紧和挤压状态箱笼整体强度高,结构能进行自身适应性微调,不至于发生结构整体破坏。
 
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) 经济性。格宾填充所需石头可以采用浆砌石、干砌石等传统结构无法利用的碎石或鹅卵石,石头成本较低,尤其在鹅卵石丰富的河流附近施工更可以大幅度降低造价,相对于混凝土等传统结构具有一定的经济优势。
 
7) 格宾挡墙存在的不足。由于有关格宾挡墙技术的理论研究仍然滞后于实践,国家相关部门至今也未出台格宾挡墙技术的设计、施工规范,因此容易造成施工过程中质量漏洞和工程事故责任划分不清的问题。

 
5、结语:
 
1) 格宾挡墙采用不同镀层的钢丝双绞合成格宾网箱,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) 通过对格宾产品进行了大量的原位试验,得到其抗剪强度、抗压强度计算公式,使得格宾设计安全可靠,进一步保障了结构的安全性。
 
3) 格宾具有柔性、自透水性、环保性、生态性、耐久性等特点,符合水利工程中日益注重以人为本、生态治理的设计理念。
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