时间:2022-10-06 16:18:18
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇边坡工程论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
1.1挡土墙材料使用浆砌块石,块石强度的等级一般应不低于MU30,而且块石表面应清洗干净,在施工中采用座浆法,严禁干砌,施工过程中要确保砂浆填塞饱满,并且砂浆等级不能小于M7.5。在设计及施工中要确保挡土墙地基承载力特征值不能小于200kPa。施工中要切实实行分层错缝砌筑技术,挡土墙的基底和墙趾台阶转折处不能有垂直通缝现象。
1.2墙后填土宜优先采用透水性好的碎石土,砌体强度达到设计强度的70%时,分层夯实。当采用粘性土作填料时,宜掺入适量的碎石夯实,密实度不小于85%。不应采用淤泥、耕植土、膨胀性粘土等软弱有害岩土体作为填料。墙背填料综合内摩擦角不小于35°,压实系数不应小于0.94。
1.3为排出墙后积水,应设置泄水孔。泄水孔采用φ80PVC管,水平间距2m,倾角不小于5%,进入填土侧管壁带孔,外包滤网。上下左右交错设置,最下一排泄水孔的出水口应高出地面≥200mm。
1.4墙顶用水泥砂浆抹成5%外斜护顶,厚度不小于30mm;挡土墙背侧应设置200mm~400mm的反滤层,泄水孔附近1m范围内应加厚至400mm~600mm。回填土为碎石土或砂性土时,应在最低排泄水孔下部,夯填至少300mm厚的粘土隔水层。1.5挡土墙沉降缝每15m~20m设置一道,缝宽20~30mm,缝中填沥青麻筋、沥青木板或其他有弹性的防水材料,沿内、外、顶三方填塞,深度不小于150mm。在挡土墙拐角处,应适当加强构造措施。基底力求粗糙,对粘性土地基和基底潮湿时,应夯填50mm厚砂石垫层。在施工前要做好地面排水工作,保持边坡坡面干燥。
2锚杆施工技术的应用
2.1边坡加固成孔采用干钻成孔,锚杆成孔直径为φ130mm。钻孔要求孔壁平直,终孔后要求清净孔内残渣。钻孔倾角偏差不超过±2°。钻进过程中应对每孔地层变化、进尺速度、地下水情况以及一些特殊情况做现场记录。若遇塌孔,应立即停钻,进行固壁灌浆处理,注浆36h后重新钻进。
2.2锚杆制作及安装锚杆杆体采用φ25钢筋。为确保钢筋在孔洞中定位准确,每隔2m设置一个定位支架,锚孔定位力求准确,偏差不超过±10mm。锚杆制作好后,应尽快使用,不宜长期存放。安装采用人工推入法进行,安装时,应尽量保持平顺,下到孔底时应适当上提,以避免压弯,对于边坡下部锚杆因靠近房屋难以入孔,可分段下放在孔口处焊接。
2.3注浆要求在施工中注浆材料应选用水泥标号PC32.5R的合格材料,施工中注浆压力一般应为0.5~1.5MPa,在配置时水泥砂浆水灰比为0.4~0.5,灰砂比为3:1,特别要注意的是浆体强度不能低于M30。而且在施工注浆时要把注浆管置入离孔底,且不大于300mm。
2.4格构梁施工一般采用现浇施工,在施工前应该先进行锚杆、锚索施工,施工操作时钢筋混凝土格构梁应整体嵌于边坡中,施工的护坡坡面应保护平整、夯实,无溜滑体、蠕滑体和松动岩块。
3边坡的截排水施工
3.1填土基础必须按规定尺寸分层夯实,每层20cm,压实系数大于0.90。开挖出的沟基,应进行地基处理加固,以确保地基承载力达到要求。按照设计及规范要求绑扎钢筋和安装、固定模版。
3.2排水沟底板和边墙砌筑要求砌筑层面大体平整,块石大面向下,石块间必须靠紧,石缝要以砂浆填满捣实。砌石时,基础铺设50~80mm砂浆垫层,第一层宜选用较大片石,分层砌筑,每层厚约250~300mm,每层由外向里,先砌面石,再灌浆塞实,铺灰座浆要牢实。
3.3沟渠开挖与边坡处理:排水沟采用人工开挖,开挖深度必须大于沟底厚度与侧边墙高度之和,开挖边坡比1:0.15~1.:02。浆砌后两侧超挖部分用粘土进行回填夯实,确保水渠稳定安全。
3.4截水沟应能保证迅速排出地面水流,沟底纵坡不应小于0.3%,以免水流停滞;截水沟弯曲段的弯曲半径,应保证圆滑顺畅,不应小于沟底宽度的5倍;陡坡和缓坡段沟底应设伸缩缝,沟间距为10~15m。消能池根据边坡地形条件设置在跌水槽落差较大区域或跌水槽汇入市政排水系统位置处,为防止泥沙堵塞截水沟,沉砂池应根据边坡地形条件设置在截水沟出水位置处。
3.5格构内喷混植草。喷混植草即采用混凝土喷射机把基材与植被种子的混合物按照设计厚度均匀喷射到边坡表面,喷混植草的基本构造为:钢丝网(或者土工格栅网)和基材混合物两个部分。
4结语
1.1地层
区内出露沉积地层有晚太古代变质表壳岩即双山子岩群茨榆山组、中生代火山沉积岩及第四系残坡积物,由老至新分述:晚太古代变质表壳岩:分布在矿区的中东部,呈带状北北东向展布,南北长约1400m,东西最宽约700m,面积约0.7km2,周围被变质深成岩包裹,呈一个规模较大的俘虏体产于变质深成岩之中,总体呈单斜产出。2线以南地层走向近南北,倾向西,倾角70°~84°;2线以北地层走向渐变为北东38°,倾向南东,倾角75°~84°。岩石组合主要为角闪变粒岩夹黑云变粒岩、云母片岩和磁铁石英岩。根据岩石组合特征,按岩性对比,其地层年代相当于晚太古代双山子岩群茨榆山组[1]。其主要岩石特征:1)角闪变粒岩:岩石呈层状或似层状产出,空间分布稳定。岩石呈灰黑色,细粒变晶结构,变余晶屑结构,变余微层理构造。主要矿物为普通角闪石,含量25%~30%;斜长石占50%~55%,石英20%~30%;含少量黑云母。局部黑云母含量增高,过度为黑云母角闪变粒岩。2)云母片岩:主要分布在9~13线间,为Ⅱ号矿体直接围岩。岩石呈灰色~灰白色,细粒鳞片变晶结构,片状构造。主要由绢云母、白云母、黑云母、石英组成。云母和石英合计含量一般大于90%,含少量绿帘石,副矿物有磷灰石,金红石、梢石、锆石。矿物颗粒较细。中生代火山沉积凝灰岩:分部在矿区西南部,呈角度不整合覆盖在变质基底之上。属燕山早期岩浆活动的产物,岩石呈灰红和灰绿色,火山碎屑状结构,不明显的流纹状构造[2]。第四系:由残坡积和冲洪积物组成,主要分布在山间沟谷中,厚度一般2~5m。
1.2构造
区内构造复杂。太古代晚期,受区域变质作用改造,区内岩石普遍发生塑性变形;变质表壳岩形成一系列小型揉皱和褶曲;变质深成岩和变质深成侵入体形成一系列透入性面理和片麻理;构造线总体走向为北北东。中生代晚期,该区岩浆活动强烈,伴随响山岩体侵位,构造活动以脆性断裂为主;区内变质表壳岩总体为一单斜构造[2],矿区内断裂构造不甚发育,主要有两条断层,即F1、F2。
1.3岩浆岩
区内岩浆活动强烈。太古代晚期岩浆活动,形成变质闪长岩及混合岩等变质深成岩,构成安子岭片麻岩套。中生代晚期,岩浆活动以响山花岗岩侵入为主,伴随一系列基性-酸性岩脉产出[2]。变质闪长岩:属太古代晚期变质深成侵入体,主要分布在矿区中西部,与变质表壳岩和混合片麻岩呈侵入或构造接触关系。原岩为闪长岩-石英闪长岩。变质闪长岩呈浅灰色。变余半自形粒状结构,块状构造,局部呈片麻状构造。混合岩:属太古代变质深成岩,为变质深熔作用或原地重融的产物。主要分布在矿区的北部,面积较大,构成安子岭穹窿的主体。与变质表壳岩呈侵入或构造接触关系。岩石呈浅肉红色,风化后呈灰白色,变晶结构,
2庙沟铁矿工程地质分区勘查
2.1南帮边坡地质勘查
10线以南范围内属矿区南帮,组成边坡的岩体呈浅肉红色,中粒花岗结构,斑状构造,南帮斑状花岗岩为主,受结构面切割岩体成块状结构。南帮敞口越小,弹性力学的泊松效应形成的“圈谷”环向的约束作用越明显,裂隙处于闭合状态,边坡整体稳定性并不一定降低,而且深部边坡岩体一般比较新鲜,风化弱,质量好于浅部,同时爆破震动和水的侵蚀弱,没有其他构造控制的情况下,稳定性较好[1]。
2.2西帮边坡地质勘查
西帮边坡岩性分布较为复杂,且边坡高度加陡,是该项目研究的重点区段。该区边坡岩石节理发育明显并具有明显的球状风化特征。西帮南区(4~10线)和西帮北区(1~4线)边坡岩性特征差别较大,4~10线岩体颜色灰褐色,1~4线岩体呈浅肉红色,风化后成灰白色,两种岩性有明显差异。因此,分别对4~10线西帮南区和1~4线西帮北区进行详细勘查[1]。西帮南区(4~10线)勘查结果:4~10线范围内岩石,节理较为发育,大部分节理走向与边坡倾向近乎平行,次生卸荷裂隙发育,边坡表面岩体破碎较为严重,成块状-散体结构,风化崩落岩石碎块较多。8~10线有F2断层经过,在断层带上下盘附近岩体较为破碎,同时潜在多组结构面和断层组合,存在局部单台阶的楔状危岩体。10号勘探线附近东西方向有一排水沟,流经台阶处有明显的渗水痕迹,矿山应做好防排水工作,防止渗水产生台阶局部滑落。虽然该区段的岩体结构面比较发育,但岩性为角闪变粒岩,岩块的强度较高。西帮北区(1~4线)勘查结果:矿区西帮北区1~4线边坡,岩体呈浅肉红色,风化后成灰白色,此处岩体主要以变质闪长岩、混合岩为主,此带主要由片理化很强的阳起石片岩组成,局部充填石英脉,走向340°~10°,倾向西,倾角约79°,0线以北倾向南东,其中变质岩风化强烈,微断裂和节理密集发育,片理化带宽12~25m,岩图1西帮北区片帮滑移带示意图块强度很低,侵水后强度更低。该处片理化带曾于2006年发生过厚2~3m的2~3个台阶的片帮滑坡(见图1),表明该处岩体稳定性较差,扩帮加陡过程中应密切监控该处的边坡稳定。0~4勘探线之间,564水平以上筑有高8m的砼坝。靠近砼坝北侧边坡岩体破碎,局部台阶风化成散体土状,坝体及台阶表面雨水冲刷痕迹较为明显,并存在与台阶走向平行的裂缝。
2.3东帮边坡地质勘查
东帮岩体以角闪变粒岩为主,岩石呈灰绿色,风化后局部呈灰色,主要由斜长石、角闪石、石英组成,含少量绿泥石。结构面发育,存在两组贯通性较好的节理,0~2线有地下水聚集涌出,矿山已铺设排水管道[1]。
3地质勘查分析结果
关键词:边坡支护,工程造价,控制
0.前言
工程造价的计价具有动态性和阶段性(多次性)的特点。工程建设项目从决策到竣工交付使用,都有一个较长的建设期。在整个建设期内,构成工程造价的任何因素发生变化都必然会影响工程造价的变动,不能一次确定可靠的价格,要到竣工结算后才能最终确定工程造价,因此需对建设程序的各个阶段进行计价,以保证工程造价确定和控制的科学性。论文参考网。我国对国有资金投资项目的投资控制实行的是投资概算审批制度,国有资金投资的工程原则上不能超过批准的投资概算。某地下空间项目是国有资金投资的项目,工程竣工结算价不超过政府部门批准的概算价是投资控制的目标。论文参考网。
1.建设单位对建设项目造价控制的方法
在基本建设中,作为投资方的建设单位除作为在项目实施过程中的协调组织各参建单位保质保量、在计划时间内完成基建项目外,对项目投资进行有效的控制是建设单位最重要的任务之一。本节从建设单位的角度出发,探讨如何控制建设项目的投资成本。论文参考网。
1.1设计阶段的造价控制
拟建项目经过决策立项后,设计就成为工程建设的关键。因为设计是工程项目付诸实施的龙头,是工程建设的灵魂,是控制基本建设投资规模,提高经济效益的关键。在这一阶段工程造价的管理主要体现在“技术与经济”的相结合上。据经验分析,设计阶段对工程造价的影响程度达70%~90%。,设计的优劣直接影响建设费用的多少和建设工期的长短,直接决定着投入的人力、物力和财力的多少。据统计,技术经济合理的设计,可以降低工程造价5%~10%,甚至可达10%~20%。
1.2施工阶段的造价控制
在工程施工阶段,由于工程设计已经完成,工程量已完全具体化,并完成了施工招标工作和签订了工程承包合同。据统计,这一阶段影响工程造价(即工程投资)的可能性只有5%~10%,节约投资的可能性已经很小,但是,工程投资却主要发生在这一阶段,浪费投资的可能性则很大,因此,建设单位在施工阶段对工程造价的管理除了加强合同管理、工程结算管理外,重点应加强工程施工现场管理,杜绝投资浪费。
1.3竣工结算阶段的造价控制
项目竣工验收后,结算也是控制工程造价的关键步骤。工程结算应抓好以下几个环节:
1.3.1核对与编制好结算资料基础
任何一个工程项目,在编制结算时都要以相关资料为依据。因此在审核时,首先要对相关资料进行审查。从施工图纸、招标文件、工程承包合同到施工全过程的动态资料都要一一核对,力求资料完整齐全,确保审核工作正常进行。工程任务完成与否要以施工图纸为依据,工程的工期、质量、建筑材料价格、奖惩等规定要以承包合同和补充合同或其他形成的协议条款作为依据,而具体施工中的动态进展,局部更改和隐蔽工程等都要有相关的资料佐证才能进入结算。一言蔽之,没有完整齐全的资料所作的结算是不完善的结算,而没有完整齐全的资料所进行的审核就会得出不准确的结论,达不到审核所要达到的目的。
1.3.2工程量是审核的关键
工程量费用是工程造价的主体。运作中具有较大的弹性和隐蔽性。审核工程量是重点,也是难点。在审核中,经常会发现结算的工程量与实际完成的工程量有出入,原因很多,一般有以下几种:一是施工企业为加大费用,有意增加工程量和夸大工程的施工难度;二是有些变更了的项目仍按原定项目进入结算;三是多方施工的工程项目,有时会出现各方都把自己承担的部分工程作为整体工程进入结算,上述几种情况在结算审核中经常发生。对于多报的工程量要扣除,否则就直接损害了建设单位的利益。同时对于漏报的工程量,在反复核实后,本着实事求是将漏报的工程量增补到结算中去,避免承包商的利益受到损失。
1.3.3各种单价的审核不可忽视
在一般情况下,工程子目的综合单价在投标书中都有具体规定,编制工程结算时只要直接套用各子目综合单价就可以了。然而在实际操作中,由于设计变更和现场签证等原因,不能从投标书中套用单价,所以必须严格遵守施工合同和招标文件中有关条款和施工过程中的相关文件(如洽商记录等)对这些单价进行审核。
2.某地下空间项目工程概况
某地下空间项目某市的重点工程之一,是该市目前规模最大、最重要的地下空间开发项目。项目发展定位是以城市交通设施为主,充分利用良好的地理位置,整合区内商业资源,辅助服务CBD商务活动,集交通基础设施、景观、商业、文娱、商务、市政、仓储物流等功能于一体的地下城市综合体。该地下空间项目边坡支护工程开挖面积约3万平方米。由ZX1标、ZX2标、ZX3标、ZX4标四个标段和ZX5标边坡组成,2006年6月开工,除ZX5标边坡外,其它四个边坡的工作内容现已全部完成,并通过了工程验收。
3.设计概算阶段
3.1设计概算的概念
设计概算是设计文件的重要组成部分,是在投资估算的控制下由设计单位根据初步设计(或扩大初步设计)图纸、概算定额(或概算指标)、各项费用定额或取费标准(指标)、建设地区自然及技术经济条件和设备、材料预算价格等资料,编制和确定的建设项目从筹建至竣工交付使用所需全部费用的文件。
3.2案例设计概算的组成
市发改委批复项目建议书中总投资估算为3.4亿元,市建委批复项目设计概算为3.739亿元,其中建筑安装工程费用为3.16亿元,工程建设其他费用为2900万元,预备费为1700万元,建设期贷款利息为1100万元。
4.合同价阶段
4.1合同价的确定
合同价是在工程发、承包交易过程中,由发、承包双方以合同形式确定的工程承包价格。采用招标发包的工程,其合同价应为投标人的中标价。
4.2案例合同价款汇总
本项目四个标段的合同价汇总表见表1.
表1某地下空间项目边坡支护工程合同价汇总表
序号 工程项目名称 合同编号 合同价(万元) 1 边坡支护及土方工程(ZX1) XZZ-B-003 325.99795 2 边坡支护及土方工程(ZX2) XZZ-B-005 1345.09152 3 边坡支护及土方工程(ZX3) XZZ-B-006 918.43353 4 边坡支护及土方工程(ZX4) XZZ-B-013 688.56462 5 合计
论文摘要:介绍尤溪口车站路堑岩体高边坡施工过程中的动态设计。
1概述
尤溪口车站是外洋至福州铁路电气化工程的一个新建车站,2000年开工建设,2001年竣工。车站位于尤溪口水库北岸山坡,线路右临水库,左侧穿越山坡,山体自然坡度35“左右,相对高差160m。车站的重点工程是三段高边坡的开挖和边坡支护,长度分别为238. 00 m, 227. 00 m和227. 14 m,边坡最大高度60 m,挖方数量大,支挡防护工程艰巨。车站施工图设计于1999年8月完成。在施工过程中,针对岩体高边坡工程的特点,根据实际开挖揭示的地质情况,进行动态设计,及时修改设计和施工方案,确保了工程的安全稳定和车站的竣工通车。
2地质概况
地面植被较茂密,表层有厚度约3m的坡残积粘性土,基岩主要为古生代变质岩—石英云母片岩。岩体受构造影响强烈,构造节理发育,有的节理面可见擦痕和硅化面,岩块上可见强烈的小褶皱和节理切割错断迹象,岩体风化带和风化节理很发育,全风化带厚5一10 m左右,下部为中等风化带。边坡岩体被结构面切割成碎石状和块状。岩体主要节理有5组,节理产状:1200乙450一600;3300乙650; 1950乙35“一580; 2400乙650;1700乙630。
片理产状:800一95“乙29“一450
线路走向边坡倾向2020
由边坡与岩体结构面的关系可知,不利于边坡稳定的结构面主要有三组,即:2400乙650; 1700
乙630;195乙35一5800
路堑挖方深度内无地下水,但降雨时,由于岩体节理发育,开挖裸露后,成为雨水人渗的路径,降雨期会出现临时性裂隙含水现象,因而影响边坡岩体的稳定。
3施工过程中的动态设计
(1)车站路堑高边坡地段的施工图设计,是1999年8月完成的,设计方案为15 m高挡墙,上接1一3级(1520m)的高护墙,护墙坡率为1:0.5,1:0. 75和1:1。
2000年3月,根据1999年9月颁布的新铁路路基设计规范,经现场设计复查,为减少大量的高边坡护墙施工的难度和护墙浆砌片石污工量,于2001年4月作了修改设计,将挡墙顶以上的护墙改为挂网喷浆轻型防护。
论文摘要:针对三峡库区地质灾害治理的特点,结合实例对喷播植草防护技术的特点、主要功能、方案选择、施工工序进行介绍,并对其效果及经济、社会效益进行评价。
1 概 述
岩土边坡工程改变了自然边坡现状,会对当地的生态环境造成不利影响,在环境保护要求严格的今天,边坡工程增加生态环境保护的内容是非常重要甚至是强制性的。其中边坡植被防护作为岩土工程生态环境保护的重要部分,在国内得到了广泛的应用,并取得了良好的效果,且开始逐渐取代传统的圬工护坡。边坡植被防护工程主要有以下几类技术:①阶梯植被;②框格植被;③穴播或沟播;④喷播植草;⑤植生带;⑥绿化网;⑦土工网垫等。
本文将结合三峡库区地质灾害治理工程的经验,重点论述喷播植草防护技术在库区地质灾害治理工程中的应用。
2 喷播植草防护技术的特点
喷播植草是利用液态播种原理,将草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂和色素等按一定比例配水混合搅匀,通过机械加压后喷射到边坡坡面的防护技术。由于其施工简单、速度快,造价低且草籽成活率高,在国内外获得了广泛的应用。
3 喷播植草防护边坡的主要功能
喷播植草作为边坡防护措施,将极大地改善工程建设的生态环境,创造良好的经济、社会和环境效益。主要功能是对岩土边坡浅表层进行防护,通过对浅表层边坡的加固从而达到防止雨水冲刷、控制水土流失、保持边坡稳定的作用。
3.1 边坡加固作用
(1)深根的锚固作用。植物的垂直根系穿过坡体填土,锚固到深处较稳定的土层上,能起到锚杆的作用。乔本科、豆科植物在地下0.75~1.50 m深处有明显的土壤加强作用。
(2)浅根的加筋作用。植物根系在土中错综盘结,使边坡土体在其延伸范围内成为土与草根的复合材料,稳定边坡表层土体,起到护坡的作用。
3.2 植被的水文效应
(1)降低坡体孔隙水压力。植物通过吸收和蒸发边坡土体内的水分,降低土体内的孔隙水压力,从而提高了土体的抗剪强度,有利于边坡土体稳定。
(2)控制土壤侵蚀、保持水土。降雨是坡面冲刷的重要原因,降雨时植草对边坡有明显的保护作用,能有效降低地表径流的流速,从而抑制面蚀及沟蚀,减小边坡土体的流失。
3.3 改善和美化环境
植草可使被破坏的环境逐步恢复,并能促进有机物的降解,净化空气;植草形成的绿化带,与周边环境更协调,与自然更接近,起到改善和美化环境的作用。
4 三峡库区地质灾害治理工程特点及要求
(1)三峡库区在蓄水及运行过程中水位变化频繁,水位变幅大;
(2)受当地地形地质条件限制,沿江地质灾害治理区域大多土质贫瘠,有机质含量低;
(3)采用喷播植草防护的边坡坡比为1∶2~1∶
3.5,坡度能满足喷播植草的要求,无需采用网垫等其他额外加固措施;
(4)施工工期短,时间要求严格;
(5)要求边坡尽快形成抗冲刷能力;
(6)工程位于城镇,对景观、绿化要求高;
(7)成坪后不需要专门的养护,形成稳定生物群落并自然生长;
(8)边坡面积较大,应尽量降低成本,节约投资。
5 符合库区灾害治理工程特点的喷播方案针对库区灾害治理工程特点及要求,采用了以下的喷播方案。
(1)选用在三峡库区能广泛生长的草种。采用豆科和乔本科草种混播,提高耐贫瘠能力。根据库区地质灾害治理工程的特点及当地的气候条件,采用以小冠花为主,以中华结缕草、两耳草、紫花苜蓿等为辅的4种草种混播。
草种以小冠花为主是因为小冠花具有以下特点:①生长年限长,其寿命可达50 a以上;②根系发达,持久性强;③覆盖速度快,覆盖度大,每株当年覆盖面积平均0.7~0.9 m2;④绿色期长,枯草期短,在南方为四季常绿草种;⑤耐贫瘠、耐寒、耐高温、高抗病虫害;⑥水土保持效果显著;⑦对不同气候及土壤的适应性强。
由于小冠花耐水性较差,在水位变幅区降低小冠花草种的比例,相应增加其他辅助草种比例,以提高植草的耐水性。 转贴于
(2)增加黏合剂、木质纤维素、保水剂、复合肥等喷播材料用量,并覆盖无纺布,使草籽在喷播后立即在土壤表面形成较强的抗冲刷能力。三峡库区地质灾害治理工程较多采用土石方回填,边坡为碎石土质边坡,为确保草籽在初期能顺利成活并生长,增加了黏合剂、木质纤维素的用量以确保草籽在边坡上可稳定附着;增加保水剂、复合肥的用量以确保草籽在生长初期的养分及水分的充足供应。
(3)采用多草种混播,提高耐水性、增强抗病、抗虫害能力,有利于形成稳定的生物群落。
(4)在满足要求的前提下,优化配方,降低成本。
(5)在边坡满足喷播植草要求后立即施工,边坡清理与喷播植草同时进行,清理一块喷一块,力求在最短时间内完成,满足工期的要求。
6 喷播施工
6.1 施工所需设备、材料及人员组成
(1)喷播机:容器容量为50加仑;
(2)草籽:为中华结缕草、两耳草、紫花苜蓿、小冠花4种混播;
(3)添加剂:黏合剂、饱水剂、木质纤维素、复合肥;
(4)无纺布;
(5)便携式汽油泵及连接汽油泵与喷播机容器的水管;
(6)施工人员组成:清理边坡2人,喷播技工4人。
6.2 喷播工序及技术要求
喷播工序为:清理并平整边坡混合草籽并喷播铺盖无纺布养护。其中清理并平整边坡、混合草籽并喷播、铺盖无纺布3道工序可同时交叉进行,以缩短工期。
各工序技术要求如下。
(1)清理并平整边坡。在防护范围内要清除杂物,并对边坡进行平整,使边坡达到喷播的要求。根据喷播机喷播面积对坡面进行划分并做好标记,防止混喷及漏喷。
(2)混合草籽并喷播。将草籽及添加剂按一定比例配置好,依次加入并混合搅拌30 min,然后均匀喷至坡面,为保证喷播均匀,在坡面上先喷2/3的混合液,余下部分重新加满水后复喷一次至附着均匀即可。
(3)铺盖无纺布。覆盖无纺布是对喷播植草的初期养护,在草籽未萌发前可起到防冲刷、保水、保温的作用。无纺布应采用铁丝或竹钉固定,四边用土压好,防止风吹开。
(4)养护。在草籽萌发前期,应根据土壤湿度的变化多浇水,保证种子萌发所需水分,在种子发芽后,根据发芽情况适当浇水至其自然生长,形成稳定的生物群落。至此,养护工作基本完成,只需定期清除杂草即可。
7 工程效果及经济、社会效益
(1)由于施工机械化程度高,边坡的喷播植草可迅速完成,从而大大降低成本,仅为圬工护坡的10%~20%。
(2)喷播植草所用附加材料大多数为易分解材料,对环境无污染;且植草边坡与周围环境相融合,能美化城镇景观。这是传统圬工护坡所不及的。
(3)喷播植草在坡面平整后即可进行,且多种工序可混合一次完成,施工简便、速度快、劳动强度低,所需施工人员较传统的圬工护坡大大降低。
关键词:边坡,稳定分析,有限元法
前言
边坡是自然或人工形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程建设中最常见的工程形式。全球性三大地质灾害之一,严重危机到国家财产和人们的生命安全。随着我国基础建设的大力发展,在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题,边坡稳定性直接决定着工程建设的可行性,影响着工程的建设投资和安全运行。滑坡稳定性分析方法的研究就显得尤为重要。
1研究背景
自1916年彼得森提出条分法概念以来,经费伦纽斯、泰勒等人的不断改进,基于极限平衡原理的边坡稳定分析方法得到了广泛的发展和应用,对边坡的安全稳定分析作出了巨大的贡献,其中具有代表性的有毕肖普(Bishop)、斯宾赛(Spencer)、摩根斯坦一普赖斯法(Morgenstem.Printer)三种条分方法,不同的条分方法在于采用的不同假定。1975年,英国科学家Zienkiewicz在边坡稳定分析中引入有限元法,但由于当时力学概念不十分明确,而且受到计算程序及计算精度的影响,该法很难在实践中推广应用。进入20世纪70年代后期,随着计算机和有限元分析方法的发展,应用严格的应力应变分析方法分析边坡稳定性问题己成为可能。边坡稳定的有限元分析由于不必对每部分内力和滑裂面形状作出假定,使得分析研究成果的理论基础更为严密,因而边坡稳定分析的有限元法也逐渐受到重视。
2.边坡稳定性分析方法
根据前述介绍可知,当前边坡稳定性分析方法主要有两大类:一类是建立在刚体极限平衡理论上的极限平衡法,另一类是以有限元法为代表的数值计算方法,另外还有可靠度法。
极限平衡条分法
极限平衡法采用条分法进行边坡的稳定分计算,首先假定若干剪切破坏面,然后将破坏面上的土体分成若干垂直土条,对作用在各土条上的力和力矩进行平衡分析,求出在极限平衡状态下的土体安全系数,并通过一系列方法确定最危险滑裂面位置和最小安全系数。极限平衡方法视边坡岩土体为刚体,不考虑岩土体本身的变形对边坡稳定性的影响,同时在进行刚体极限平衡分析时,还必须进行许多简化和假定,由此会给分析结果带来一定的误差。但因这类方法能给出物理意义明确的边坡稳定安全系数以及可能的破坏面,因此这类方法成为边坡稳定性分析中应用最广泛的方法,尤其受到工程界的欢迎。
目前常用的极限平衡条分法有:瑞典法、简化Bishop法、Janbu法、Sarma法、Spencer法、Morgenstern-Price法等。
瑞典法(瑞典圆弧法)由Fellenius(1927)提出,又称Fellenius法。该法假定滑裂面为圆弧形。在计算安全系数时,简单地将条块重量向滑面法线方向分解来求得法向力。由于滑裂面为圆弧形,因此法向力通过圆心,对圆心取矩时不出现,使计算工作大为简化。
简化Bishop法(1955)对传统的瑞典法法作了重要改进,这一方法仍保留了滑裂面形状为圆弧形和通过力矩平衡条件来求解的特点,但是在确定土条底部法向力时,考虑了条间作用力在法线方向的贡献。对于任意形状的滑裂面,瑞典法和Bishop法不再适用。此时,一些学者试图通过力的平衡而不是力矩平衡来确定安全系数。Janbu(1954)假定条间力为水平力,由此求得安全系数。但因没有满足力矩平衡要求,因此也是简化法。
随着计算机的出现和普及,在生产实践中采用更为严格的方法已经具备条件,因此一些研究者致力于建立同时满足力的平衡和力矩平衡,对滑裂面形状不作假定的严格分析法。这些方法主要有三类:一是假定条间力大小的分布函数(Sarma);二是假定条间力的作用(Morgenstem-Price1;Spencer);三是假定条间力的作用点位置(Janbu。在此基础上,一些学者对上述方法作了进一步改进(Chen-Morgenstern;郑颖人等) 。
Duncan、陈祖煜对各种传统边坡稳定性分析方法的计算精度和适用范围作了分析评述,指出瑞典法安全系数最小,简化Bishop法的安全系数平均高出瑞典法6%~7%,Spencer法平均高出简化Bishop法2%~3%;满足全部平衡条件的严格方法是精确的(除非遇到数值分析问题):对于圆弧滑裂面情况,简化Bishop法与Morgenstern-Price法的结果十分接近,也即简化Bishop法有较高的计算精度,又因其计算简便,因而使用十分广泛。
2.2数值计算方法
以有限元为代表的数值计算方法,在边坡稳定性分析中发挥着十分重要的作用。这类方法不但能考虑边坡岩土体本身的变形对边破稳定性的影响,而且能给出边坡岩土体中应力应变分析,分析边坡破坏的发生发展过程等。有限元土体稳定分析的一个工作重点是将有限元计算成果与传统的极限平衡法结果相联系。数值计算方法实际上是借助计算机的计算功能和商用数值分析软件,将岩土工程结构体作为整体加以模拟仿真,通过试验取得最佳设计方案。根据所选关键参数的不同,数值模拟法通常可以分为以下3种:连续介质分析法、非连续介质分析法和混合分析法。列表一对三种分析方法进行比较分析如下
连续介质分析法中有限单元法和有限差分法是目前应用最为广泛的,发展相对来说比较成熟,是在滑裂面分析基础上的,根据已知的应力场搜索临界画面和确定最小安全系数。常用的两种方法为CRISS法和动态规划法。然而由于安全系数的大小和所采用的屈服准则有关,许多大型有限元程序只给出了广义米塞斯屈服准则,难以应对岩土材料的复杂特性,是得在岩土工程领域的应用大打折扣。鉴于此Duncan(1996)提出了“强度折减有限元法“,即将边坡安全系数定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时,对岩土体剪切强度进行折减的程度,这种方法特别适合用有限元法来实现。Itasca咨询集团开发的二维有限差分法程序FLAC(FastLagrangian Analysis of Code),内嵌多个本构模型供使用者灵活选择,用来描述岩土体,考虑时效特性,进行水-力耦合动力作用的仿真模拟,受到岩土工程界的极大欢迎。在二维连续介质分析程序的基础上发展起来的三维连续介质分析程序(如FLAC3D和VISAGE)则能很好的解决这类问题,逐渐盛行于岩土工程界。尽管二维和三维连续介质分析程序很适合分析岩土边坡的破坏机理,然而必须由工程师确认计算结果是否表征了岩、土体的破坏机理。对于那些由多个节理单元构成并且由它们控制破坏机理的岩质边坡,用非连续介质分析法也许更合适。
非连续介质分析法中应用较多的是离散单元法,Itasca咨询集团开发的通用二维离散单元法程序UDEC特别适合研究涉及裂隙介质的问题,已广泛应用于山石崩塌和露采边坡等工程领域。另外,一些导致块体滑动和变形的外部因素(如地下开采、地震和地下水压力)的影响也能通过它进行模拟。同样由Itasca咨询集团开发的三维离散单元程序3DEC(3 Dimensional Element Code),是迄今为止岩土力学领域功能最全也最为强大的三维非连续介质分析程序,在采矿、地下核废料处理、冰川力学等诸多方面已有了许多成功应用的例子。由石根华与Good-man提出的块体系统不连续变形分析法DDA (Dis-continuous Deformation Analysis),是基于岩体介质非连续性,利用最小位能原理发展起来的一种崭新的数值分析方法,可模拟出岩石块体的移动、转动、张开、闭合等全过程,在不连续岩体的滑动与崩落研究当中有其独到之处。最新进展则来自于采用离散程序和粒子流技术程序PFC2D/3D的问世。该程序将岩体视作由一系列通过摩擦滑移接触相互作用的球形粒子组成的集合体。这种方法最大的优点在于它能以一种比较合理的方式模拟边坡岩体因粒子簇间的联结被内部高强应力打破而失稳破坏的过程。
混合分析法在边坡稳定性分析中的应用日益增多。该方法集极限平衡分析法、地下水流有限单元法和应力分析于一体,目前采用该方法具有代表性的程序为GEO-SLOPE系列软件。混合分析法最新的进展体现在粒子流技术与有限差分法藕合,为商用软件FLAC3D和PFC3D。已经在高边坡的破坏和高地下水压力对脆弱岩质边坡影响的研究中显示出巨大的潜力。石根华1995年提出的数值流形法NMM(Numerical Manifold Method),作为DDA与有限元的统一形式,以流形分析中的有限覆盖技术为基础,有效地解决了有限单元法、DDA和其它数值方法耦合的计算问题,有着很强的通用性。
2.3可靠度法
可靠度方法与传统的边坡稳定分析方法不同之处在于:传统的边坡稳定分析方法通常采用安全系数来考虑不确定性因素的影响,评价边坡工程稳定性;而可靠度方法依托不确定性的概念,构造随机模型,采用可靠度指标和破坏概率来评价边坡的安全度。可靠度方法中,蒙特卡洛法、一次二阶矩法、统计矩法和随机有限元法应用最为广泛。
3主要计算方法比较
与传统的极限平衡法相比,土体稳定分析的有限元法的优点主要有:(l)不需事先假定滑裂面的形状和位置;(2)由于引入了变形协调的本构关系,因此不必引入假定条件,保持了严密的理论体系;(3)可以了解应力变形的全部信息。极限平衡法解所对应的工作状态是虚拟的,求出的土条间内力和滑面底部反力当然不代表土体在产生滑移变形时真实存在的力,根据这些无法分析稳定破坏的发生和发展过程,更无法考虑变形对土体稳定的影响。而实践经验表明,稳定和变形存在着相当密切的关系,一个土坡在发生整体稳定破坏之前,往往伴随着相当大的垂直沉降侧向变形。在一些地应力非常大的地区,必须考虑地应力的影响,而极限平衡方法不能考虑地应力的影响以及外部载荷加入后对应力的重新分布的影响,这是极限平衡法的致命弱点。
从工程应用角度来看,传统的极限平衡法是评价土体稳定的首选方法,随着非线性有限元技术的不断完善和计算机的日益普及,有限元法在评价土体稳定性方面展现了巨大的生命力,但由于其对工程人员素质提出了更高的要求,又限制了其在工程界的迅速推广。
有限单元法可以考虑更为复杂的情况,但正是如此,其计算结果对计算模型、材料参数、求解方法很敏感。而极限平衡法已经积累了丰富的经验,使用的参数少,力学模型简单,可以快速得出结果,计算结果相对稳定,在工程计算中至今仍在广泛使用。如何把两者有机结合起来,取长补短,是值得研究的课题。
文献介绍了将边坡有限元分析结果与极限平衡法相结合进行边坡稳定性安全系数分析的方法,并通过实例计算,将分析结果与各种极限平衡方法计算结果进行了比较。结果表明采用有限元法结合极限平衡法来分析边坡边坡稳定性是可行的,既考虑了边坡岩土体变形对稳定性的影响,又能用工程界熟知的单一安全系数来评价边坡的稳定性;另一方面说明极限平衡法在分析简单边坡时是适用的,且结果均偏于安全。
其他前沿研究方法
由于边坡工程是一个复杂的开放系统,影响因素较多,并且带有相当的随机性、模糊性和不确定性,沿用传统的力学方法进行计算分析,存在许多问题和不足,有时甚至是无能为力。近年来,边坡稳定分析理论研究在吸收了现代科学理论中的耗散理论、协同学理论、混沌理论、随机理论、模糊理论、灰色系统理论、突变理论等理论的基础上,创立和发展了一批非确定性分析方法。主要研究方法有:边坡稳定可靠性分析方法、随机过程方法、模糊数学方法、灰色系统预测滑坡失稳分析方法、人工智能和人工神经网络方法。这些新兴学科的发展,为边坡的稳定性研究开辟了新的发展空间,值得关注。
5 小结
当前的边坡稳定性分析中,极限平衡分析法仍是主要的边坡稳定性分析方法;数值模拟方法发展迅速,大有取代极限平衡法之势;可靠度方法,作为一种非确定性方法,只是上述两种方法的一种补充和参考。而依托并行处理器快速发展起来的并行计算技术,使得有可能在未来10年里借助自适应网格重剖分三维藕合程序从微观层面上了解边坡岩、土体的破坏机理,模拟边坡破坏从开始到结束的全过程成为岩土工程界的一大热点。但是由于地质体的复杂性、灰色性以及边坡环境系统演化的概率特点,完全得到其确定逼真解、最优解是不可能的,理想的结果是求取确定模型与概率模型的满意解。因此,各种新技术、新方法、新理论的引入及其与上述方法的藕合是边坡稳定性研究发展的主趋势。
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论文关键词:桩板式挡墙 设计 施工 动态设计
论文摘要:简要介绍桩板式挡墙的构造、设计、施工要点,并通过工程实例说明桩板式挡墙在实际边坡工程中的方案比选及设计应用。
化工厂因矿产资源、地缘、环境等问题而多建于山区,场地平整需高挖低填,存在许多填土边坡和挖方边坡。小型边坡选用《重力式挡墙》等标准图集中的挡墙即可,但高度大于8m的边坡,则需进行专门的边坡工程设计。
填方边坡中常用的支挡结构有重力式挡墙、悬臂/扶壁式挡墙、桩板式挡墙、加筋土挡墙等;对于土质挖方边坡,常用的支挡结构有重力式挡墙、桩板式挡墙、土钉墙等;对于岩质挖方边坡,常用的支挡结构有锚杆(索)挡墙、锚喷支护挡墙等。此外,还有以上多种挡墙的联合应用。本文主要讨论桩板式挡墙在边坡设计中的应用。
1构造及适用范围
1.1构造
桩板式挡墙由悬臂桩和挡土板组合而成,悬臂桩部分锚人地下,其截面为矩形,部分伸出地表,其截面形式为T形,挡土板可以做成预制平板、拱板或现浇板,其构造简图见图1。
1.2适用范围
桩板式挡墙适用于一般地区的土质填方边坡。以及需要直立削坡的土质挖方边坡,其悬臂长度可达15m左右,桩间距一般为4—6m,悬臂桩的施工类似于人工挖孔灌注桩,桩顶设置通长冠梁,其上可预埋钢板设置防护栏杆。桩间装配式预制挡土板一般用于填方边坡;现浇挡土板一般用于直立削坡的挖方边坡。
2计算
作用于桩板式挡墙上的荷载,主要为墙后土体的侧压力、土体表面的附加荷载、以及悬臂桩地下锚固段的土层反力,其受力简图见图2。
桩身上部按悬臂桩计算其弯矩、剪力等内力值,桩身锚固段应根据地基土的情况,采用m法或k法进行内力计算。桩顶位移应小于桩身悬臂长度的1/100,且小于100mm。可采用理正等电算程序进行计算。
应从桩前较完整的岩面或承载力较好的土层面起计算桩的锚固段人土深度,其最小锚固长度不宜小于4m。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)第9.2.3条计算人土深度,可采用静力平衡法进行估算(详见该规范中9.2.3条的条文说明),然后在电算程序中根据需要再调整其大小,但桩身总长不宜大于30m。
除桩身内力计算外,尚要验算桩前岩体(土体)的横向压应力满足以下要求:
盯≤Rh式中,Rh为地基横向承载力特征值。如果不能满足要求或过小,可通过调整桩身截面或桩身锚固长度来解决。
(1)当桩问挡土板置于悬臂桩后挡土时,应按全部侧向土压力作用的简支梁进行计算。
(2)当采用桩前挂板或挡土板搭在桩的翼缘板上时,可按仅承受桩问土体卸荷拱内部分侧向土压力作用的简支梁进行计算,由于该土压力比库伦土压力显著减小,建议内力计算时考虑不小于1.5的安全系数。
(3)挡土板的分类不宜太多,可按2~3m高为一级,取本级最下端挡土板对应的土压力按均布荷载计算。
3施工要点
(1)桩板式挡墙一般先挖桩,再施工挡土板。
(2)施工前应核对现场情况、实际开挖情况是否与设计要求相符,认真做好施工记录。
(3)悬臂桩宜隔桩开挖,按设计要求做好混凝土护壁,应在上一节护壁混凝土终凝后才能进行下部桩基的开挖。
(4)遇到岩(土)松软、破碎或有滑动面时,应在护壁内顺滑动方向设置临时横向支撑并做好观测。
(5)桩孔爆破应采用浅眼爆破法,严格控制炸药用量,并注意通风。
(6)桩身混凝土必须连续浇灌,以免形成施工缝。
(7)桩身及挡土板的设计一般未考虑大型碾压机械的荷载,故桩板后2m范围内不得使用大型机械填筑。.
(8)墙后填料为非渗水土时,应设置不小于o.3m厚的砂砾石反滤层,做法同一般重力式挡墙。
4动态设计
动态设计是指根据现场实际情况不断对整个边坡设计进行完善和补充。
在实际工程中,由于山区地质情况复杂多变,地质勘察报告准确性的保准率较低,地质勘察报告可能会与实际地质情况不符甚至差距较大,故规范明确提出边坡工程的设计宜采用动态设计法。对地质情况复杂的一级边坡,设计时应结合边坡地质勘察报告,因地制宜,做好边坡设计方案比选,提请业主及相关专家评审,在此基础上再进行边坡挡墙的设计。在施工开挖中应补充进行必要的施工勘察,核对原地质勘察结论,设计人员应及时掌握施工开挖揭示的真实地质状况、施工情况及变形监测等信息,及时对原设计进行校核、修改和补充。.
对桩板式挡墙进行动态设计,要根据每根桩开挖时揭示的地质状况对桩身入土深度、桩身配筋等进行必要的调整,当以上调整不能满足要求时可在桩身上部施加锚索来改善桩身受力和变形。
5工程实例
我公司在重庆涪陵山区的某项目,地处三面环山一面临空的山沟内,为建设该项目,挖除很大部分山体后形成最高达40m的挖方边坡和20m高的填土边坡,平面布置见图3。
由于山体起伏、地质情况复杂,该边坡工程共采用了重力式、扶壁式+桩基、桩板式、锚杆(索)、桩板式+锚索等多种挡墙型式。其中从B点到C点的挖方边坡采用了桩板式挡墙。
根据地质勘察报告,B点到C点间自上而下为素填土层(8~10m厚)/粉质粘土层(6~8m厚)/强风化泥灰岩,场地地坪标高为2l6.o0,地坪以下0.5—1m即为强风化泥灰岩,分布较均匀。在230.00标高处设置4m宽通长平台,平台以下做挡墙支护,平台以上采用坡率法放坡处理。因该段为挖方边坡且高14m,素土层较厚,如采用重力式、扶壁式挡墙等将放坡困难,土方开挖量也很大,显然不经济;而较厚的素土层上也不能采用土钉墙、锚杆挡墙等支护,且边坡施工时不能影响该段两边的边坡挡墙,故最终决定采用桩板式挡墙进行支护,桩间距取6m,截面取1.8X2m,桩身锚固段从地坪下0.5m起算,人土深度按《建筑地基基础设计规范》第9.2.3条采用静力平衡法估算为8m,悬臂段长为14.5m,采用C30混凝土,HRB400级钢筋,用理正岩土计算程序(4.5版)按k法计算桩板墙的桩身强度及变形,计算结果见表1和表2,桩板墙立面见图4中实线部分。
现场桩基开挖时发现岩土分界面起伏较大,呈锯齿形分布,显然原设计已不能满足要求,故按新揭示的地质情况修改桩长及截面,使相邻桩的人土深度尽可能协调,避免出现突变,并重新计算桩身强度及变形,修改后的桩板墙立面见图4中虚线部分所示。其中ZH一4在地坪以下近10m才进入强风化泥灰岩,做桩板式挡墙已不能满足桩顶位移要求及土体横向承载力要求,故在桩身上半部设置2道锚索,锚索锚人泥灰岩内,形成桩板式锚索挡墙,见图5。
锚索均采用1O股7。5钢绞线捻制而成,单股钢绞线采用公称直径为15.20mm的标准型1X7钢绞线,锚固长度均为8m,锚具均为OVM15—1O,采用M30水泥砂浆灌孔。用理正岩土计算程序(4.5版)按m法计算桩身强度、变形及锚索拉力,锚索一的水平拉力为776.7kN,锚索二的水平拉力为784.3kN。
6结语
(1)桩板式挡墙适用于大部分高差较大的边坡支护,其施工简便,竣工后维护费用低,但施工周期长,桩顶变形较大。
(2)设计时应结合边坡地勘报告,做好边坡设计方案比选。
关键词:非饱和土;雨水入渗;渗流-变形耦合分析;有限元方法
1.引言
在降雨过程中,雨水会逐渐渗透到非饱和土坡中去。由于雨水的入渗,非饱和土坡会在渗流-变形耦合作用下逐渐变形,坡内的吸力、孔隙水压力和应力分布也会发生相应的变化。在长时间的降雨入渗作用下,由于土体的力学性质的变化和变形的发展,在初始稳定的土坡体内会逐渐形成滑裂面,从而导致滑坡的发生。从而会影响雨水入渗和变形耦合过程,可见有必要研究非饱和土坡在降雨入渗时的渗流-变形耦合过程。
对于降雨入渗时非饱和土坡的变形和破坏过程的研究主要集中于两个方面[1-3],一是物理模型实验研究[4-7],另一是采用非饱和土固结理论的数值模拟研究[8-11]。陈铁林等[12]基于双变量非饱和土固结理论,考虑裂隙的影响,把固体骨架的应力应变特性理想为弹性的,以位移、孔隙水压力和孔隙气压力为变量对一般超固结土边坡和膨胀土边坡进行了有限元数值分析;袁俊平等[13]进行了考虑裂隙非饱和膨胀土边坡入渗模型与数值模拟,分析了边坡地形、裂隙位置、裂隙开展深度及渗透特性等对边坡降雨入渗的影响;王环玲等[14]对于泄洪雾雨区裂隙岩质边坡进行了饱和-非饱和渗流场与应力场耦合分析,详细研究了耦合后边坡岩体的变形、应力以及塑性区开展。基于非饱和土简化固结理论[15],沈珠江等[16-17]对膨胀土渠道边坡进行了降雨入渗和变形耦合分析,并与实测对比了孔隙水压力变化和变形的发展。本文采用非饱和土简化固结理论和有限元分析方法对降雨入渗时非饱和土坡内的渗流场和应力场的分布和发展过程进行探讨。
2.非饱和土固结理论[2-15]
2.1有效应力公式
5.结论
本文采用非饱和土的简化固结理论,采用弹塑性有限元对非饱和土土样脱水时的室内试验进行了模拟,并对一非饱和土坡进行了蒸发后降雨入渗时的渗流-变形耦合过程进行了分析。分析结果表明本文提出的方法可以较好地模拟柱状Del Monte砂样的脱水试验过程中的孔隙水压力的变化,且可以定量的模拟出非饱和土坡蒸发后入渗过程中位移和孔隙水压力的分布。
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关键词 : 多边界石方爆破, 动力响应, 振动监测 ,波形分析
Abstract: this paper studies the project boundary blasting technology in the cutting of the application of the excavation, and analyzes the blasting cutting slope when the dynamic response of the law and the spread of blasting seismic waves and decay laws. The results of the study show that: in the mountains of highway engineering blasting authors, the spread of blasting seismic waves, decay laws and the terrain, closely related conditions; The energy of blasting seismic waves mainly concentrated in the low frequency part 10 ~ 60 Hz, and the main frequency range with the increase of the transmission distance of narrow, and the low-frequency; Particle vibration acceleration waveform and speed waveform similar, peak acceleration of decay laws and peak speed of decay laws similar but slightly different.
Keywords: more external boundary blasting, dynamic response, vibration monitoring, waveform analysis
中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
一、引言
山岭重丘区公路工程爆破时,微地形变化十分复杂,在爆破设计时,如果仍借用平坦地形爆破经验,不利于提高炸药能量的有效利用率,造成大量富余爆能,对岩体边坡的稳定和周边环境的影响不利。在山岭重丘区运用多边界石方爆破技术[1~3],在保障爆破效果和边坡稳定的前提下能合理使用炸药。
在爆破过程中,对路堑边坡振动情况进行监测与分析,有助于掌握爆破地震波的强度和频谱结构,了解其传播和衰减规律,推测爆破震动对路堑边坡岩体的损伤程度和边坡稳定性的影响,并检验爆破设计方案的合理性。
本论文将结合北京延庆县西铁路一典型多边界石方爆破工程,在爆破设计时,基于多边界石方爆破药量计算原理和深孔爆破药量计算公式,进行深孔控制爆破,并对爆破现场的震动进行监测,然后分析爆破效果和振动监测结果,探讨多边界石方爆破技术在路堑开挖中的应用研究。
二、背景工程
西铁路[4]位于延庆县东南部山区,道路起于西二道河,终于铁炉村。道路全长15.89公里,为山区三级公路,设计速度为30Km/h。西铁路地处山前区及山岭重丘区。山岭重丘区山脉连绵起伏,沟壑与山峰相依,地形变化大。工程地理位置大部分路段地势陡峻,路线两侧岩体比较稳定。
本次爆破位于西铁路K4+700~K4+760处,该处地形起伏较大,现状地形坡度α=45°~60°,地质表土为亚粘土,土层以下主要由花岗岩组成,花岗岩节理、裂隙发育。路基设计形式为全挖路堑,路基全宽7.5米,边坡设计坡比为1: 0.5,开挖深度为5~20m。
三、路堑开挖爆破设计
(一)爆破设计方案
根据开挖路段的设计资料、周边环境以及工程地质条件,对于全挖路堑,采用沿中心线首先开槽,然后两侧向中间逐排起爆的方法。为了进一步降低爆破振动对路堑边坡稳定性的影响,对于孔深大于12m的炮孔,采用孔内与孔外延时相结合的方法来控制最大段别的起爆药量;临近设计边坡,采用缓冲爆破技术,通过控制孔网参数和单孔装药量,最大限度地减缓主炮孔爆破对路堑边坡的破坏。
(二)深孔爆破参数选择及装药量计算
多边界条件下深孔爆破装药量计算公式为[5]:
(1)
基于花岗岩的物理力学性质和现场试爆,取标准抛掷爆破单位耗药量K=1.6~1.8kg/m3;自然地面坡度α=45°~60°,深孔爆破参数如表1所示。考虑岩体结构的夹制作用,每孔实际装药量应增加10%左右。对于临近路堑边坡的缓冲孔,其与主炮孔的间距取主炮孔间距的0.7倍,药量约为表1中主炮孔药量的一半。
表1深孔爆破参数表
孔深
h/m 孔距a
/m 排距b
/m KF(E,α)
/(kg·m-3) 单孔药量
/kg 堵塞长度
/m
8 2.5 2.0 0.32 13 3.5
10 2.5 2.0 0.32 16 4.0
12 2.8 2.2 0.34 25 4.0~5.0
(间隔装药)
16 3.0 2.5 0.36 43 4.0~5.0
(间隔装药)
18 3.0 2.5 0.38 51 4.5~5.5
(间隔装药)
四、爆破振动监测与分析
(一)爆破振动监测与分析依据
我国《爆破安全规程》[6]及有关的行业技术规范都没有对高边坡开挖的安全判据和标准做出明确规定。本文选用应用较广的安全振动速度阀值法,结合现场工程条件和监测结果,基于顾毅成[7]地面质点峰值振速V与岩土破坏关系的研究成果对边坡的安全稳定性进行类比评价。
另外,本文还将分析爆破地震波的频谱和地面振动加速度情况。频谱分析用于研究爆破地震波特性及其对结构的动力反应方面,地面加速度能和地震产生的惯性力相联系,这对分析路堑边坡在爆破荷载作用下的动力响应规律和边坡稳定性非常重要。
(二)测点布置
本次爆破振动监测点布置在K4+730处,爆破振动监测采用拓普UBOX-5016和中科TC-4850两种型号的爆破振动监测仪,并选用竖向速度传感器记录监测点振动情况。根据爆区周边环境条件以及相关单位的要求,在路堑横断面上边坡沿坡顶方向依次布置四个振动监测点,监测点布置如图1所示。
距离*——指测点到路堑上边坡线与地面线交点P的距离
目前我国水利工程管理,已经从粗放型向集约型转化,从适应计划经济到适应市场经济的转化。在管理体系上,实行从中央到地方分级负责的管理体制,并分为水行政主管部门及业务管理部门两个体系。在法规建设方面,先后颁布了《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》、《中华人民共和国河道管理条例》、《中华人民共和国防汛条例》及《水库大坝安全管理条例》等水利工程管理的根本法规,并制订了相应的配套法规,如《混凝土大坝安全监测技术规范》、《土石坝安全监测技术规范》、《防洪标准》、《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝注册登记办法》、《水闸安全鉴定规定》、《水利建设项目经济评价规范》以及《水库大坝安全评价导则》等几十种法规和技术标准。在上述法规的规范和指导下,使水利工程管理逐步走上法制化、规范化、科学化及现代化的轨道。
2水利工程建设与管理中存在的主要问题
2.1部分已建工程设计标准偏低,工程质量有待提高,不能满足防洪兴利需要
例如,一些大江大河的堤防工程普遍存在堤顶高程不足、堤身断面单薄、堤基渗涌严重等问题。以长江为例,1998年洪水期间,仅中下游干堤就出现险情6100处,高水位时,每天险情300余处。洪水灾害所造成的损失极其严重,据统计,l993-l998年,全国洪灾造成的直接经挤损失高达10500亿元。我国已建各类水库大坝86000余座,病险水库占40%左右。这些病险水库有的降低水位,甚至空库运行,严重影响其效益的发挥;有的带病运行,对下游人民的生命财产构成严重威胁,一旦失事,将会造成惨重损失。
2.2“重建轻管”使水利工程管理手段落后,技术水平低,影响工程建设及其效益的发挥
例如,大量的水利工程年久失修,不少病险工程没能得到及时除险加固。在管理手段和技术方面,就水利工程安全监测(控)而言,目前的监测(控)覆盖范围及水平与我国水利工程安全和调度运行要求还很不相称,我国至今还没有一个关于工程安全监测和评价的国家级水利工程管理信息系统。在管理“软件”上,无论是水利工程安全管理,还是除险加固安排与资金投入都需要对工程做出安全风险分析和评估。
2.3水利工程建设跟不上国民经济和社会及环境发展的需要
目前的水利工程建设落后于形势需要,有些大江大河至今仍无控制性水库工程,缺乏对洪水的调控手段,致使防洪处于被动局面。北方的干旱缺水严重影响人民生话和国民经济发展及生态环境,中央提出的西部大开发战略也必须要有足够水资源作保证。我国修建了不少地面水库,可对资源丰富的地下水库的利用却研究的不多。我国在解决北方、西部的干旱缺水和生态恶化问题时,应结合地下水库的利用采取综台治理措施。我国城市建设发展很快,现代化大都市的污水排放及处理是必须解决的环保问题,尤其是工业化大都市。
3水利工程建设所需采用的关键技术
3.1深覆盖层堤坝地基渗流控制技术
完善防渗体系、防渗效果检测技术,分析超深、超薄防渗墙防渗机理,开发质优价廉的新型防渗土工合成材料,开发适应大变形的高抗渗塑性混凝土。
3.2堤防崩岸机理分析、预报及处理措施
崩岸形成的地质资料及河流地质作用分析、崩岸变形破坏机理分析、崩岸稳定性分析及评价研究、崩岸监测研究及预报技术研究、崩岸防治及施工技术研究、崩岸预警抢险应急技术及决策支持系统研究。
3.3水利工程老化及病险问题分析
水利工程老化病害机理、堤防隐患探测技术与关键设备、病险堤坝安全评价与除险加固决策系统、堤坝渗流控制和加固关键技术、长效减压技术、堤坝防渗加固技术,已有堤坝防渗加固技术的完善与规范化。
3.4水利工程监测技术
高精度、耐久、强抗干扰的小量程钢弦式孔隙水压力计,智能型分布式自动化监测系统,水利工程中的光导纤维监测技术,大型水利工程泄水建筑物长期动态观测及数据分析评价方法研究,网络技术在水利工程监测系统中的应用,大坝工作与安全性态评价专家系统,堤防安全监测技术,水利工程工情与水情自动监测系统,及高坝及超高坝的关键技术:设计参数的分析,强度、变形及稳定计算分析,高速及超高速水力学研究。
3.5碾压混凝土及面板胶结堆石筑坝新技术的研究
对于碾压混凝土坝,涉及结构设计的改进、材料配比的研究、施工方法的改进、温控方法及施工质量控制;做好面板胶结堆石坝,集料级配及掺入料配台比的试验。做好胶结堆石料的耐久性、坝体可能的破坏形态及安全准则、坝体及其材料的动力特性、高坝坝体变形特性及对上游防渗体系的影响做好认真分析。另外水利工程抗震技术,工程地震反应及安全监测,震害调查,抗震设计,以及抗震加固技术应用。
3.6高边坡技术研究
高边坡工程力学模型破坏机理和岩石力学参数研究,高边坡研究中的岩石水力学研究,高边坡稳定分析及评价技术,高边坡加固技术及施工工艺研究,高边坡监测技术研究,以及高边坡反馈设计理论和方法研究。
3.7地下工程
复杂地质环境下大型地下洞室群岩体地质模型的建立及地质超前预报方法,不均匀岩体围岩稳定力学模型及岩体力学作用研究,围岩结构关系研究,岩石力学参数确定及分析研究,强度及稳定性准则研究,应力场与渗流场的耦台研究,大型地下洞室群工程模型研究,洞室群布置优化,洞口边坡与洞室相互影响及其稳定性和变形破坏规律研究,地下洞室群施工顺序、施工技术优化,地下洞室围岩加固机理及效应研究,大型地下洞室群监测技术研究,隧洞盾构施工关键技术研究,岩爆的监测、预报及防治技术以及围岩大变形支护材料和控制技术。
3.8新型材料及新型结构
新型材料研究涉及新型混凝土外加剂与掺合料、自排水模板、各种新型防护材料、各种水上和水下修补新材料、各种土工合成新材料,以及用于灌浆的超细水泥等。
3.9做好水利工程安全管理信息系统
建立现场自动采集系统,远程传输系统的开发研制,中心站网络系统与综合数据库的建立及信息接收子系统、数据库管理子系统、安全评价子系统与信息服务子系统等,以及建立中央指挥站。
4结束语
水利是国民经济的基础设施,目前,水利已经成为经济社会发展的制约因素,洪涝灾害、干旱缺水及水生态恶化是水利工作亟待解决的三大问题,水利工程建设与管理应围绕解决这三大问题开展工作。科学技术是第一生产力,要做好水利科技发展规划,并付诸实施。在采取必要的水利工程措施的同时,还要采取相应的非工程措施。
关键词:预裂爆破;高边坡;爆破震动;稳定
Abstract: through the engineering practice in high side slope excavation of pre split blasting Wangkuai reservoir, from construction technology, the blasting parameters, blasting effect aspects of the pre-splitting blasting technology to ensure the stability of slope, the excavation of high slope in as far as possible to reduce the damage of blasting vibration on the slope of the role, to ensure the smooth and slope stability keep the slope.
Keywords: presplitting blasting; high slope;blasting vibration; stability;
中图分类号:TB41文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
1 引言
露天深孔爆破由于施工进度快,一次爆破工程量大,施工成本低而在石方开挖工程中得到了广泛应用,近年来随着水利水电建设步伐的加快,露天深孔爆破在石方开挖中的应用也越来越广,但如何保证开挖边坡的稳定、如何减少露天深孔爆破对边坡稳定的危害,是爆破施工必须要面对的课题。本文根据爆破施工的理论和实践经验,结合边坡稳定,论证了预裂爆破技术在高边坡开挖中的作用。
2 工程概况
王快水库溢洪道石方扩挖96.2万m3,最大开挖深度75m ,每10m预留1.5m宽马道,爆破施工工期18个月,工程量大,施工强度高。但溢洪道边坡下游段表层为全风化花岗片麻岩外,下部呈弱风化,岩石节理、裂隙、断层及软弱结构面发育,岩层和断层的走向对边坡稳定极为不利。
3 高边坡预裂爆破设计与施工
3.1 预裂爆破概述
炸药在炮孔内爆炸时,产生强大的冲击波和高压气体并猛烈冲击炮孔四周的岩体,使得周围的岩体破碎或开裂,为了使爆破开挖的边界尽量与设计的轮廓线相符合,不出现超挖和欠挖现象,同时也使开挖边界上的岩体能尽量保持完整无损,保持其强度和稳定性,降低爆破震动的危害范围和破坏程度,在爆破施工中,常采用预裂爆破的方法保护边坡,有的还在主炮孔和预裂孔之间布设缓冲孔。
所谓预裂爆破就是沿开挖边线布置密集炮孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区爆破之前,预先沿着设计轮廓线爆破出一条具有一定宽度的裂缝,以减弱主爆破对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。进行预裂爆破时,为使岩体开裂而又不致使岩壁遭受破坏,希望爆炸冲击波作用于孔壁上的径向压力要低于岩体的极限抗压强度,而由此派生的切向拉应力则要超过岩体的抗拉强度,而岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多,这就为实施预裂爆破提供了有利条件。实践表明,预裂爆破具有明显的降震作用,是减小露天深孔爆破对边坡稳定性影响的最有效措施之一。
3.2 预裂爆破参数设计
3.2.1钻孔孔径
预裂爆破的钻孔直径与台阶高度有关,一般3~5m的台阶,可选择40~50mm的孔径;6~15m的台阶,可选择70~100mm的孔径;15~30m的台阶,可选择100~150mm的孔径;超过30m的台阶,可根据具体钻孔设备采用大孔径预裂孔。钻孔直径与台阶高度基本成正比关系,即台阶越高,孔径越大,但过大的孔径是不经济的。通过大量的工程实践总结和分析,有如下经验公式:D=30+4H
式中:D为钻孔直径(mm);H为台阶高度(m)。
施工中所选钻孔直径与计算值越接近,经济性越佳,技术性越合理。本工程根据上式、台阶高度及现有设备选用的孔径为90mm。
3.2.2 钻孔间距
钻孔间距与钻孔直径的比值称为孔径比E,E值是一个重要的技术经济指标,它的大小决定了钻孔数量和预裂爆破的质量。从施工经济指标出发,E值取大一些好,E值越大钻孔数越少;从技术质量指标出发,E值小一些好。E值取的大一些,钻孔虽然少了,但边坡坡面质量和平整度降低了。爆破理论证明,分散装药远比集中装药爆破对边坡的破坏小,E值小时,炮孔数多,药量相对分散,预裂爆破形成的坡面质量和平整度好。一般E值在8~12之间选取,岩石坚硬,完整性好,E值可取大一些;岩石风化,节理裂隙发育,E值应取小一些。本工程E值取10,即钻孔间距a为90cm。
3.2.3 钻孔深度
炮孔深度根据台阶高度及设计坡比加超深确定,本工程台阶高度H为10m,设计坡比为1:0.3,超深取0.3m。则孔深为:
L=(H+h)/sina=(10+0.3)/sin74°=10.75m
式中:L为孔深,H为台阶高度,h为超深。
3.2.4 预裂孔与缓冲孔排距
为获得良好的开挖边坡,在紧邻预裂孔外侧布置一排缓冲孔,采用不耦合装药结构,爆破时在主爆孔后隔一定时间间隔起爆,以减轻爆破时对预留边坡的冲击作用,达到保护边坡的目的。预裂孔与缓冲孔之间的距离一般为正常炮孔的一半,主要是控制空地距离不得大于1.5~2.5m,本工程取排距为1.8m。
3.2.5 炸药
炸药采用2#岩石硝铵炸药,若孔内有积水,则采用乳化炸药,药卷直径32mm。
3.2.6 不耦合系数
经工程实践证明,不耦合系数η=D/D0(D为炮孔直径;D0为药卷直径)在满足η=2~5时,才能形成质量良好的预裂缝。当D>100mm时,η取3~5;当D<100mm时,η取2~3。本工程采用药卷直径为32mm,不耦合系数η=90/32=2.8。
3.2.7 装药结构与线装药密度
预裂爆破既要保证预裂缝的贯通,又要保护炮孔孔壁不受破坏,尽可能提高半孔率,达到坡面平整,边坡稳定要求。在装药结构上尽可能使药卷和炸药能量得到均匀分布。采用不耦合装药结构。按照设计的药卷直径、数量和间隔距离连同单根导爆索一起绑扎在竹片上,构成药串,然后将加工好的炸药串送入炮孔内,使竹片贴在保留边坡侧。
预裂孔的线装药密度一般为0.1~1.5kg/m,由于孔底岩石夹制作用,为确保裂缝贯通到孔底,在孔底1~2m范围内增加2~3倍药量。本工程采用武汉水利水电学院经验公式计算。
q线=0.127*[σ压]0.5*[a]0.84*[D/2]0.24
式中:q线为线装药密度(kg/m);σ压为岩石的极限抗压强度(MPa),根据地质资料70 MPa;a为炮孔间距(m);D为炮孔直径(m)。经计算本工程线装药密度q线为0.46kg/m。
3.2.8 堵塞
孔口堵塞时,先用炸药的包装袋或草把团成一团送入炮孔,并于炸药最上端接触,然后用略微潮湿的粘土分段夯实堵塞。堵塞长度为1.5m。
3.2.9 起爆网络
起爆网络采用导爆索起爆网络,用1根主导爆索将各预裂孔的导爆索串联起来,然后在主导爆索上绑扎2发非电毫秒导爆雷管实现微差间隔起爆。边坡预裂孔应先于其它炮孔75ms以上起爆,以便首先形成连续贯通的预裂缝,以阻隔后续爆破时对保留边坡的扰动破坏。
当预裂爆破规模较大时,为减轻预裂爆破过程中对保留岩体的影响,可分段进行微差爆破,每段之间连接2发2段非电毫秒导爆雷管起爆。
3.3 爆破效果
石渣清理后,经过现场察看,边坡超欠挖基本控制在15cm之内,平整度符合规范要求,坡面岩石无扰动现象,预裂炮孔半孔率在80%以上。说明以上爆破参数是比较合适的,保证了边坡的稳定。
4 预裂爆破施工中应注意事项
(1)钻孔时应经常检查钻孔的倾角和方位角,钻孔偏斜误差应控制在1°之内,确保预裂孔在同一个平面上。
(2)为了克服炮孔底部岩石的夹制作用,炮孔底部应适当增加装药量,当孔深为3~5m时,线装药密度增大为2~3倍;孔深超过10m时,线装药密度增大为3~5倍;底部增加药量的范围为孔底起约0.5~1.5m。
(3)预裂孔在同一平面时,宜采用导爆索连接并同时起爆。
(4)预裂爆破分段起爆长度不宜小于10m,这是因为长度过短,会使预裂线两端所受夹制作用过大,影响预裂爆破效果。
(5)预裂炮孔和主炮孔之间应布置一排缓冲孔,以减少预裂线附近大块石集中现象,保证爆破效果。
5预裂爆破的特点
(1)预裂边坡平整,稳定性好,利于施工期及水库运行后永久边坡安全。
(2)开挖时不用预留保护层,预裂缝之外都可以采用深孔爆破,简化了施工程序,加快了施工进度。
(3)所形成的预裂缝能有效削减爆破应力波对永久边坡的危害。
(4)减少了边坡整修工程量和超欠挖现象,节省了混凝土的回填工作量。
(5)减少了岩基固结灌浆处理工程量。
6结语
边坡的稳定性既受地质地形条件、气候条件的影响,又受爆破方法、爆破技术的制约,所以,在爆破施工中如何保护边坡稳定是一个较为关键的问题。本工程采用预裂爆破技术取得了较好的效果,可以说预裂爆破技术是解决高边坡开挖稳定问题的有力措施之一。
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