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1、廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報第3卷第2期JournalofGuangdongTechnicalCollegeofWaterVol.3No.22005年6月ResourcesandElectricEngineeringJun.2005土壩壩內(nèi)頂管施工漿砌石后座墻設(shè)計實例呂勝堯(廣東省水利廳,廣東廣州510150)摘要:后座墻是承受頂管推力之反力的墻體,為確保后座墻在推力作用下不產(chǎn)生滑動、剪切或傾覆破壞,不產(chǎn)生明顯的壓縮變形,計算出頂管總推力的大小以確定后座墻斷面設(shè)計,并通過驗算來驗證其是否符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞:土壩;頂管;后座墻;設(shè)計中圖分類號:TV2
2、22文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1672-2841(2005)02-0043-03頂管是一種常見的無開挖鋪設(shè)地下管道施工技術(shù),在水利工程建設(shè)中也得到了廣泛應(yīng)用。頂管施工通常由工作坑和接收坑、洞口止水裝置、掘進機或工具管、主頂裝置、頂鐵、基坑導(dǎo)軌、后座墻、出土設(shè)備、起吊設(shè)備、測量設(shè)備、注漿系統(tǒng)、供電照明系統(tǒng)、其它輔助設(shè)備等部分組成。其中,后座墻是承受頂管推力之反力的墻體,其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)力學(xué)平衡分析計算確定。1工程概況圖1土壩下頂管施工布置圖(剖面)我省粵東地區(qū)某等中型水庫,是一宗以灌溉為主、結(jié)合防洪、發(fā)電的綜合性利用工程,亦是省重點中型病
3、險水庫之一。水庫樞紐工程由主、副壩及泄洪閘、輸水涵管、電站等組成。主壩長142m,最大壩高32.5m;副壩長155.0m,最大壩高7.5m。除險加固工程項目包括主副壩加固、泄洪閘改建、引水工程改建等。其中引水工程改建項目中需新建一條穿越主壩壩體的引水鋼管,要求采用頂管技術(shù)施工。鋼管內(nèi)徑1.5m,管壁厚18mm。鋼管穿越的土層為原壩體石英砂質(zhì)粘土,施工期間水庫已放空。圖2后座墻靜力平衡分析工程施工布置考慮了現(xiàn)場水源、電源、交通、排水、出土、防洪、施工干擾等因素后,將頂管工作坑選擇布置在下游壩根據(jù)油壓千斤頂布置的高度,確定F作用點,調(diào)整后座腳處,如圖1所示
4、。墻的埋深,使EP的作用點略高于F作用點。2后座墻設(shè)計為確保后座墻在推力作用下不產(chǎn)生滑動、剪切或傾覆破壞,不產(chǎn)生明顯的壓縮變形,取安全系數(shù)1.2~1.6,即被動土由后靠板、后座墻及墻后土體這三者組成頂管的后座,壓力EP應(yīng)為反力F的1.2~1.6倍。后座墻的高度根據(jù)被動必須能完全承受頂管總推力的反力,靜平衡受力分析如圖2。土壓力EP的大小進行初步擬定。假設(shè)總推力為F,墻后土體的被動土壓力為EP。2.1頂管總推力F計算本工程鋼頂管穿越的土層為人工素填土,且無地下水影響,管徑1.5m,管前挖土及出土仍較方便。因此,決定采用手掘式頂管法,單向頂進,施工過程不
5、考慮采用管外壁注漿收稿日期:20041116減阻。作者簡介:呂勝堯,國家注冊監(jiān)理工程師,主要從事水利水電為有利于防滲,管前挖土不得超挖,并預(yù)留不少于5cm工程設(shè)計、施工監(jiān)理工作。厚土層(即導(dǎo)洞開挖直徑不得大于1.4m),在頂管過程中由44廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報第3卷工具管切削。因此,頂管總推力應(yīng)克服工具管切土阻力和管外壁與土壤間的摩擦阻力。對于手掘式頂管,可采用如下經(jīng)驗公式求出總阻力:F1=F0+RSL(1)式中:F1為總阻力(kN);F0為初始推力(kN);R為綜合摩阻系數(shù)(kPa);S為管外周長(m);L為推進總長
6、度(m)。各種土質(zhì)的F0及R值,參見表1。表1地基土參數(shù)土質(zhì)軟土砂夾粘土砂夾粉砂中細砂砂礫F0(kN)70~9090~17050~7040~70100~200R(kPa)88101220圖3后座墻斷面尺寸擬定本工程工具管與引水鋼管規(guī)格相同,管道所通過的土層為壩體石英砂質(zhì)粘土,含水量大,結(jié)構(gòu)較松散。根據(jù)上表選2.3后座墻斷面驗算取F0=100kN,R=8kPa。管外周長S=4.82m,推進總長度L(1)墻后被動土壓力校核=102m,由此計算得總阻力F1=4033kN。圖3擬定的斷面型式與最初的假設(shè)并不完全相符。現(xiàn)實際施工時,選用了2臺3200kN
7、的油壓千斤頂,實際頂用庫侖公式對墻后被動土壓力進行校核:推能力達到6400kN,推力儲備接近總阻力的1.6倍。12在鋼頂管施工過程中,如果所需的總頂推力超過鋼管所Ep=2rHKpB(4)能承受的最大推力,鋼管有可能產(chǎn)生變形破壞。為此,需按式(2)驗算鋼管所能承受的最大推力。2cos(+)Kp=(5)2sin(+!)?sin(+?)2cos?cos(-!)[1-]cos(-!)?cos(-?)F2=fy(D+t)t(2)式中:為填土內(nèi)摩擦角,庫侖公式用于粘質(zhì)土?xí)r,用等式中:F2為鋼管所能承受的最大推力(kN);D為鋼管內(nèi)值內(nèi)摩擦角D代替。D按
8、GB5028-98#堤防工程設(shè)計規(guī)范?徑,本工程D=1.5m;t為鋼管壁厚,本工
