草土围堰施工方案

'草土围堰施工方案3.1.1.平面布置草土围堰的平面布置见图3-1。围堰占用水域57×57m。3.1.2.横断面堰体横断面见图3-1。⑴.堰顶高程按常水位季节的高水位101.5m加高0.7m，即堰顶高程定为102.2m。⑵.堰体断面顶宽为9m，施工时近似按矩形截面施工，其边坡由围堰土自重压缩和被水冲刷后形成，约1:0.2～1:0.4。⑶.稳定性验算草土围堰受到的水平力为外侧水压力P水、外侧土压力P卵石，受到的竖向力为自重G0、外侧卵石对堰体的竖向压力G卵石、基底水的渗透压力U，见图3-2。图3-2草土围堰受力示意(尺寸单位:米)计算工况：草土围堰高H=4m，水头高H水=4m，草土围堰的容重γ草土=12KN/m3，水的容重γ水=10KN/m3，卵石的容重γ卵石=19KN/m3，卵石的浮容重γ`卵石=11KN/m3，取卵石的内摩擦角φ=300，则主动土压力系数Ka=tg2（45-30/2）=0.33，草土体基底与地基的摩擦系数f=0.4。外侧水压力:P水=1/2H水2γ水=80KN/m9 外侧土压力:P卵石=1/2(H-H水)2γ卵石Ka+(H-H水)H水γ卵石Ka+1/2H水2γ`卵石Ka=29.3KN/m堰体重量:G0=1/2(9+11)×4×γ草土=480KN/m外侧土对堰体的竖向压力：G卵石=1/2×((11-9)/2×4)γ卵石=38KN/m渗透压力:U=1/2×H水×9×γ水=220KN/m抗滑稳定系数：K1=f(G0+G卵石-U)/(P水+P卵石)=1.23>1.2满足要求。抗倾覆稳定系数：K2=(G0×5.5+G卵石×6)/(U×11×2/3+P水×4×1/3+P卵石×4×1/3)=1.63>1.5满足要求。3.1.3.堰体材料⑴.土料黄土、粉土、壤土、粘壤土等均可用作草土围堰的填筑材料，土料的天然干重度不得小于1.4，含水量以13～17%为宜。土料应含有一定量的10cm以下的粗颗粒，土料入水后10min左右被完全浸润并崩解对施工较为有利。若粉粒过多，土料入水后立即崩解为稀泥状，不利于堰体成型。每立方草土围堰用土量约为0.65～0.75m3。⑵.草料草杆采用新鲜稻草，长度不得小于0.5m。草捆直径一般为45～50cm，长度为110～120cm，重量约为10kg。草捆必须扎紧，要求用草绳绑扎三道，草捆外形示意见图3-3。每立方草土围堰用草量约为65～85kg。9 图3-3草捆外形示意图3.1.4.堰体填筑工艺⑴.草捆铺设开挖堰体基槽后，沿堰体的长度方向摆设一层草捆。每排草捆采用草绳联系成一个整体，并且两排相邻草捆之间按草捆长度的1/3进行搭接。⑵.铺散草在捆草的表面均匀铺设一层30cm厚的散草。堰体两侧沿边缘铺设一层与堰体轴线垂直的草杆，其它部位可任意散铺。⑶.铺土散草铺完后，即在上面铺土，厚度为25～35cm。铺土时，除堰体两边留出20cm宽的草边不盖土外，其余部位需要将散草均匀覆盖。重复以上三道工序，直至填筑到要求的高程。⑷.碾压草土围堰水下填筑施工过程中，对铺土可不必进行夯实或碾压，当水下填筑部分全部完成后，要求对全堰面压实，使干密度达到1.5g/m3以上。3.1.5.草土围堰施工顺序草土围堰施工顺序见图3-4。3.1.6.其它施工要点⑴.设置子堰围堰内的汇水面积较大，并且岩溶发育，通过设置子堰来增加基坑的排水能力。⑵.堰体底部防渗在堰体底部铺设一层塑料薄膜，使堰体与河床透水层隔离，可防止堰体底面被冲刷破坏。⑶.裂缝处理9 施工中堰体表面出现裂缝时，可根据大小选择处理方法。当出现裂缝宽度小于5cm时，应及时碾压处理。当出现大于5cm的裂缝时，应进行局部加草土补强压实。⑷.施工监测为防止围堰因变形过大而破坏，应进行施工监测。通过二种方法进行监测，一为通过目测对围堰的开裂、冲刷、明显沉降或位移等进行观察，一为通过在堰体的中央、角点或经过处理的破坏位置设置沉降位移观测点，通过测量仪器观测其沉降、变形情况及其发展趋势。⑸.施工排水在子堰内、子堰与主堰之间均设置一定数量的排水沟和抽水坑，现场视需要及时采用足够数量的潜水泵进行排水。3.2.就地拌制混凝土围堰施工方案3.2.1.围堰布置由于7#墩处基岩面以上覆盖层均为卵石，拟采用原地挖槽，原地倒入水泥，采用挖掘机就地水下搅拌的方式，沿承台四周构筑围堰堰体。围堰布置见图3-5。⑴.平面布置围堰平面占用水域33.6×33.6m。⑵.堰顶高程按常水位季节的高水位101.5m加高0.7m，即堰顶高程定为102.2m。⑶.堰体断面堰体高度为4m时，考虑围堰渡洪时结构受力的需要，宽度设置为3.7m，如受基岩面高程的限制，以顶面高程102.2m为基准，需要调整堰体高度时，围堰宽度也需相应调整。⑷.受力验算①.堰体稳定性验算9 就地拌制混凝土围堰受到的水平力为外侧水压力P水、外侧土压力P卵石，受到的竖向力为自重G0、基底水的渗透压力U，见图3-6。图3-6就地拌制混凝土围堰受力示意(尺寸单位:米)计算工况：围堰高H=4m，水头高H水=4m，围堰外侧卵石的高度与围堰顶齐平，就地拌制混凝土堰体的容重γ砼=23KN/m3，水的容重γ水=10KN/m3，卵石的容重γ卵石=19KN/m3，卵石的浮容重γ`卵石=11KN/m3，取卵石的内摩擦角φ=300，则主动土压力系数Ka=tg2（45-30/2）=0.33，堰体基底与地基的摩擦系数f=0.5。外侧水压力:P水=1/2H水2γ水=80KN/m外侧土压力:P卵石=1/2(H-H水)2γ卵石Ka+(H-H水)H水γ卵石Ka+1/2H水2γ`卵石Ka=29.3KN/m堰体重量:G0=3.7×4×γ砼=340.4KN/m渗透压力:U=1/2×H水×3.7×γ水=74KN/m抗滑稳定系数：K1=f(G0-U)/(P水+P卵石)=1.22>1.2满足要求。抗倾覆稳定系数：9 K2=(G0×2)/(U×3.7×2/3+P水×4×1/3+P卵石×4×1/3)=2.07>1.5满足要求。②.地基稳定性验算根据图3-6，作用于基底的合力的偏心距e为：e=3.7/2-(3.7/2×G0-P水×4×1/3-P卵石×4×1/3-U×3.7×2/3)/(G0-U)=0.72>3.7/6=0.62基底出现拉应力，一般不考虑地基能承受此拉力，则基底应力重分布，假定全部荷载由受压部分承担及基底压应力仍按三角形分布。图3-7地基应力示意图(尺寸单位:米)由图3-7，地基压应力的合力N=G0–U,堰体基底最大压应力为：σmax=2(G0–U)/(3×(1/2×3.7-e))=156.9Kpa<[σ]=300Kpa满足要求。③.基坑内边坡稳定性验算为达到最大开挖深度的目的，需要在基坑内继续开挖。当开挖处为岩层时，可直立向下开挖，当开挖处卵石层较厚时，必须验算边坡的稳定性。计算工况：卵石层较厚的部位，堰体高H=4m，水头高H水=4m，围堰外侧卵石的高度与围堰顶齐平，开挖至基底高程时，继续向下放坡开挖，挖深1m。9 采用瑞典圆弧法验算边坡稳定，将堰体的基底压力换算成卵石高度hmax=σmax/19=8.2m，并对可能的滑动土体进行条分，见图3-8。坡高1m，边坡坡率为1:3.5。图3-8条分法示意图(尺寸单位:米)采用4.5H法画出最危险滑动圆弧圆形位置的辅助线，在辅助线上定出圆心o2，作通过坡脚的圆弧，把边坡分为10个土条，检算其稳定性,结果见表3-1,k2=1.21。表3-1堰内边坡稳定系数计算表编号容重(KN/m3)面积(m2)土条重量Qi（KN）αi切向力Ti=Qisinαi法向力Ni=Qicosαitgφ摩阻力Nitgφ稳定系数K21190.295.51-56-4.63.10.57741.81.212190.7714.63-39-9.211.40.5776.63191.0820.52-26-9.018.40.57710.64191.2924.51-14-5.923.80.57713.75191.4427.36-3-1.427.30.57715.86191.5228.8884.028.60.57716.57191.4928.31199.226.80.57715.48191.3425.463113.121.80.57712.69192.3244.084631.730.60.57717.710194.3983.416977.929.90.57717.2合计　　　　105.8　　127.9在辅助线上另找二个圆心o1、o3，同法算得k1=1.29，k3=1.22，对比k1、k2、k3，得到最小稳定系数kmin=k2=1.21>1.2,边坡稳定，但安全储备十分有限9 ，当卵石层较厚时，堰内能继续放坡开挖的深度非常有限。3.2.2.主要施工措施⑴.测量放样桩基施工完成后，清除场地，按照设计图将围堰堰体的平面位置放出。⑵.混凝土的拌制方法采用PO325水泥、堰体处现有的卵石拌制堰体混凝土。采用挖掘机，就地挖槽水下拌制堰体混凝土。混凝土的配合比现场通过试验确定，现暂定水泥掺量350kg/m3。⑶.堰体施工开始开挖基槽时，先采用挖掘机试探基岩面的深度，然后根据基岩面的深度确定该部位的堰体深度和宽度。按照能搅拌均匀的要求先将挖深基槽，基槽底部预留70~80cm厚的卵石，倒入水泥，采用挖机搅拌；底层拌匀后，回填一层厚度70~80cm的卵石，再倒入水泥，再采用挖掘进行搅拌均匀；重复此工作，直至该部位全断面搅拌均匀。⑷.基坑开挖堰体全部施工完成，并达到强度后，按设计图的要求进行基坑开挖。基坑内的覆盖层和软弱岩层，采用挖掘机开挖。为防止对桩基产生损伤，影响工程质量，以及为防止剧烈爆破影响周边堰体的安全，拟对基坑内坚硬岩层采用无声爆破方案施工。⑸.基坑内排水围堰内设置一定数量的排水沟和抽水坑，现场视需要及时采用足够数量的潜水泵进行排水。3.3.方案比较以下通过列表3-2，从水域占用、防洪性能、地基沉降要求、安全性、施工周期等五个方面对两个方案进行比较。表3-2施工方案对照表9 方案对比内容草土围堰就地拌制混凝土围堰备注水域占用3249m21129m2防洪性能弱强草土围堰顶面不能过水地基沉降要求低高沉降过大时，混凝土围堰易开裂破坏安全性强弱草土围堰为成熟的施工工艺，混凝土围堰在此种工况下使用较少见施工周期30天20天堰体成型的周期3.4.方案选择从上述比较可以看出，两个方案各有优劣。从方案的成熟性和对地基的沉降要求来看，选择草土围堰更为合适。但是，目前已经接近雨季，草土围堰占用的水域更大，对贺江行洪非常不利，并且围堰顶部不能过水，所以该方案必须在雨季过后方可采用。因此，为节约施工工期，可尝试采用就地拌制混凝土围堰方案施工。9'