加筋土挡墙在永定河倒虹吸工程中的应用

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1、加筋土挡墙在永定河倒虹吸工程中的应用1)工程概况永定河倒虹吸进水闸位于大宁水库副坝下游，布置在大宁调压池北侧。进水闸为4孔3.4m×3.8m(宽×高)带胸墙的潜孔闸；平行进水闸东侧布置有退水闸，退水闸为1孔2.7×3.0m带胸墙的潜孔闸。两闸间距4.5m，中间以分流墙相隔，见图1。2）工程设计方案进水闸采用潜孔平板闸门，固定卷扬启闭机。闸墩顶布置工作桥及启闭机房，考虑闸室与大宁水库副坝相连，为便于闸门及启闭机等设备安装和检修，设计闸墩墩顶高程与现状大宁水库副坝坝顶高程63.00m齐平。在闸室与大宁水库副坝间，均回填至闸顶高程63.00m，形成平台。平台上修建倒虹吸进水闸、退水闸

2、及大宁调压池的管理用房；将闸房与管理用房及设备用房统一布置。平台处较为宽阔的场地有利于场地及交通布置。土工格栅挡墙为近些年开始进入国内的一种新型挡墙结构。它利用格栅与土颗粒的咬合及摩擦作用，使土体与格栅形成一整体结构，自身达到稳定状态。边墩后采用加筋土挡墙结构则具有节省墙面板、免受水流冲刷影响、可以提高整体稳定性等方面的优点。在反复比较了加筋土挡墙应用的优缺点后，决定在本工程中采用加筋土挡墙技术修建水闸闸室边墩外岸墙，并用之填筑闸室中墩间的空隙。3）加筋土挡墙计算3．1力学作用原理众所周知，土体在被限制侧向应变的情况下，其抗压强度(主应力σ1)将得到很大程度的提高。加筋土技术就

3、是利用了这一原理，在土体中施加与土体有摩擦和互锁作用的加筋材料，使埋置于土体中的材料上下界面通过摩擦和互锁作用限制土体侧向位移，从而给土体提供一个侧压力增量(Δσ3)。侧压力增量Δσ3=Rf/Sy(Rf为加筋材料的抗拉强度，Sy为加筋材料埋设的竖向问距)。在侧压力增量Δσ3作用下，加筋土体被约束而处于弹性稳定状态，只要所使用的筋材有足够的抗拉强度和摩阻力，使之不被拉断和不沿筋材界面滑动，则使加筋土体产生破坏的最大主应力将提高到比其未加筋时抗压强度更高的值(σ1f)。这就相当于对普通土体而言，加筋土可承受更高的堆载(加筋结构相对于未加筋结构可修建的更高)，或在加筋土为边坡的基坑中

4、加大基坑深度(普通基坑无法达到的深度)。从图2，图3中可比较清晰地看出，加筋土结构破坏载荷明显高于未加筋结构。图3中Kfs为土体的强度包络线，圆I为自然土体的静止状态，对应于图2(a)，圆II为自然土体主动极限平衡状态，对应于图2(b)，圆III为加筋土体的极限平衡状态，对应于图2(c)。3.2计算方法加筋土挡墙按极限平衡理论进行设计，计算的方法归纳起来主要有两种：一种是锚固楔体法，另一种称作双楔体法。对于不同的稳定条件(如抗滑稳定及抗倾覆稳定等)，不同的设计方法用于推导公式的假设不同。尽管如此，所有的设计计算都包括以下两部分。外部整体稳定计算：将加筋土体当作是重力式挡墙，考虑

5、其整体稳定性，从而确定所需的加筋材料长度。内部稳定计算：考虑加筋土体内部的稳定性，从而确定所需的加筋材料强度及其相互之间的垂直间距。不同的设计方法中采用不同的条件及假设，对于外部稳定分析，见图4。影响外部稳定分析结果的主要假设如图4所示。在进行外部稳定计算时锚固楔体法与双楔体法之间没有根本上的区别见图5，但是不同设计方法中采用的不同假设会影响加筋材料的长度。在进行内部稳定分析计算时，锚固楔体法假设一种失稳可能(经统计分析得出的最不利滑动面)，计算加筋土体内的水平土压力及其分布，即主动土压力(如朗肯土压力)。换句话说，用锚固楔体法进行设计时，假定土体内不存在加筋材料计算水平土压力

6、，然后再考虑引入加筋材料来抵抗或承担这部分土压力。在双楔体法中，假设加筋体存在大量失稳可能，在考虑由加筋材料提供抗失稳力的同时进行结构内部稳定分析。这些失稳可能包括与加筋材料相交的可能滑动楔体族、加筋材料层之间的可能滑动倾斜面及沿加筋材料面的可能滑动面。采用这种方法进行设计时，由于对多种可能破坏的滑动面进行了验算并且这种方法不受单一失稳假设的限制，因此这种方法更接近实际情况。锚固楔体法也称DEMO法，由美国联邦公路协会(FHWA)提出，由于便于计算，我国的加筋土挡墙设计规范中引用了此项方法。双楔体法由德国建筑技术研究所(DIBT)提出，因此也称DIBT法，这一厅法多在欧洲及英属

7、联邦国家使用。永定河倒虹吸进口水闸挡墙设计先采用DIBT法进行初步设计，再利用国内《土工合成材料应用技术规范》(GB50290—98)和《水利水电工程土工合成材料应用技术规范(SL/T225—98)进行计算验证。经DIBT法计算闸边墩后采用单向格栅为56层，格栅间距300mm，长20m。即穿过滑动面的加筋材料是56层，每层筋材所能提供的最大抗力是34.3kN/m，则加筋材料所提供的最大抗断裂力是56×34.3=1920.8kN/m。也就是说，在此情况下，加筋材料不会被拉断。3.3挡墙稳定计算