钢坝闸斜坡处理方案(改).doc

钢坝闸下游斜坡处理方案说明

湖边枢纽钢坝闸消力池斜坡1#~3#底板下回填埋石混凝土，4#~15#底板下回填砂砾石。
11#底板在试蓄水运行中斜坡顶翘起60cm，12#板与11#板相邻处翘起15cm，10#板与11#板相邻处，翘起约2cm。根据分析11#底板失稳是由于斜坡底原设计为回填埋石混凝土，为节约投资改为填砂砾石地基松软以及施工期非正常放水等多种原因造成的。
为确保斜坡底板在各种可能工况下的稳定，拟对斜坡底板进行加固处理。处理方案为：
1、11#孔拆除斜坡段采用混凝土修复，斜坡面层30cm厚采用C30混凝土，布置直径16@200钢筋网；30cm以下采用埋石混凝土；斜坡底设直径10cm排水盲管，并与基岩面设直径16mm间距1m矩形分布锚筋，锚筋入基岩2m，在混凝土中长度为50cm。
末端设4个直径15cm排水孔。排水孔采用直径15cmPVC管，排水段开孔成花管，开孔率40%，管底深入风化岩不小于1m，管顶部20cm填碎石，下部填瓜子片，管顶用200x200mm矩形开孔钢板封住，钢板用膨胀螺栓锚固在斜坡混凝土上。
2、1#~3#板斜坡底设直径15cm排水孔6个。
3、4#~10#、12#~15#斜坡上游段设3排抗拔锚杆，锚杆垂直水流向间距3.0m，顺水流向间距2.5m，为4根直径28钢筋绑焊；锚杆孔垂直于斜坡面，顶部设计拉梁；斜坡底设直径15cm排水孔4个。
4、4#~10#、12#~15#消力池斜坡底板下三角区已改为砂砾石回填，因变形量大，易造成止水破坏。本次修复采用灌水泥浆使局部砂砾石硬化为桩柱，防止斜坡底板在水流冲击下端部向下位移，破坏止水。设计桩柱直径不小于1.5m。
灌浆在两个锚杆孔中间进行，共3排，垂直钻孔、孔距2.5~3m，孔底进入弱风化岩不小于0.5m，排距与锚杆孔相同，钻孔直径90~150mm。灌浆孔在两侧锚杆施工完成后施工。
灌浆前应在第4号板做实验孔，并取芯检查，查看桩径是否达到1.5m，若达不到，应调整灌浆压力。灌浆前应在灌浆孔上下游埋设沉降、位移观测点，密切观测灌浆孔周围的斜坡、止水变化，若位移超过2mm，应立即报告，调整灌浆压力。
5、拉梁：斜坡顶布置三排锚杆，顺水流向间距2.5m，垂直水流向间距2.6~3m。在锚杆顶垂直水流向设拉梁，以利于锚杆钢筋锚固及将锚固力穿至斜坡板。拉梁断面为0.5x0.5m，配筋4根直径25钢筋。锚杆钢筋L形锚固在梁中的长度为1m。拉梁与斜坡接触面应凿毛，并设双排直径14锚筋与斜坡混凝土连接。拉梁在锚杆和灌浆施工结束后施工。
1 抗浮锚杆设计
1.1 脉动上举力计算
图１给出了斜坡射流水舌及其冲击荷载在底板上下表面产生的时均压力分布。在冲击点的上下游均有一个区域底板下表面的压力大于上表面，因而Ａ区和Ｃ区是失稳区，Ｂ区是稳定区。斜坡底板块所受上举力的定义为上下表面动水压力之差。

图1
在止水完全破坏的情况下，板块间的施工缝和板块与地基之间的接触缝相互贯通，Ｂ区板块下上表面受射流水舌的直接冲击，水流的动能转化为势能，压力在斜坡的纵向形成压力梯度。上表面的压力是水流直接作用的结果，然而下表面的压力产生就要复杂得多。一方面板块上表面压力通过缝隙又传至下表面，同时下表面的高压力又向低压力区传递。因此，板块下表面的压力比上表面的大，是板块下表面动水压力沿板块与地基间缝隙传递的结果。这就是失稳区板块上举力的成因。
上举力按以下公式计算：，
式中为脉动压力均方根值，取上下游水头差的50%，上下游最大水头差为：122.5-115.0=7.5m，=7.5*10*0.5=37.5kN；为脉动压力点面转换系数，取0.5；A为板块面积。
则单位面积的上举力为：P=3*0.5*37.5*1=56.25kN/m2
1.2抗浮锚杆间距及布置方法
锚杆布置：垂直水流向间距3m，顺水流向间距2.5m矩形布置，每根锚杆的上拔力为：F=56.25*2.5*3=422kN。
1.3锚杆直径与长度
1.3.1锚杆钢筋截面积计算：
采用《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）中7.2.1-2及7.2.2式
①
②
Nak—— 锚杆轴向拉力标准值（kN）
γQ—— 荷载分项系数，取1.3
Na —— 锚杆轴向拉力设计值，取1.3×422=548.6（kN）；
As —— 配置钢筋有效截面面积（m2）；
ξ2 —— 锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69；
γ0—— 工程重要性系数，取1.0；
fy —— 锚筋抗拉设计强度值；采用HRB400螺纹钢筋取360N/mm2；
As≥1.0×548.6×103/0.69×360=2209mm2
取4根直径28钢筋（A=615.8*4 mm2 ≥2463mm2，满足设计要求）
1.3.2 锚固体长度确定
采用《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）中7.2.3式。

式中：——锚固段长度（m）；
D——锚固体直径，取150mm；
——土体与锚固体粘结强度特征值(kPa)，弱风化砂岩取值为250kPa；
——锚固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1.00。
单根锚杆的抗拔承载力标准值Nak为422KN。
=422kN/（1.0×3.14×0.15m×160Kpa）=3.58m
取6.0m>3.58m。
1.3.3 杆钢筋与锚固砂浆长度计算：

式中：——锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度（m）；
d——锚杆钢筋直径（m）；
n——钢筋（钢绞线）根数（根）；
——边坡工程重要性系数，取1.0；
——钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（kPa），采用3根钢筋点焊成束，粘结强度乘0.7折减系数，取值2400×0.7 kPa
——钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72.
经计算
=1.0×422/（0.60×3×3.14×0.028×2400×0.7）=1.58m
取6.0m≥1.58m。
1.3.4 锚杆承载力特征值按下式估算
=250kpa×3.14×0.15m×6m=706kN＞422kN，满足设计要求。钢筋长度13.0~10m，底高程102.3m，预留1.50m锚固于斜坡底板及拉梁内。共布置抗浮锚杆24*15=360根，总进尺共计4140米。锚杆长10~13m，孔内置4根28钢筋（HRB400钢筋），钢筋长度10.5~13.5m，M30水泥砂浆注浆。
正式施工前，应在4#底板斜坡下游段先施工3根不同锚固深度的基本试验锚杆，通过试验确定锚固体与岩土层间粘结强度特征值、锚杆设计参数和施工工艺。根据现场试验结果可对本设计作适当调整。
1.4 抗浮锚杆检测
按建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）进行锚杆抗拔载荷试验，试验点位置由业主、设计、施工、监理单位共同确定。抗拔试验可在锚杆锚固段浆体强度达到设计强度等级的75%时可进行锚杆试验。抗拔试验数量不少于锚杆总数的5%，即不少于5根，本工程共布置验收试验锚杆10根。
1.5 抗浮锚杆施工要求
1.5.1 施工方法与特点
采用MGJ-50等专业锚杆钻机，以高压风驱动偏心潜孔锤钻进成孔至设计深度，终孔后在孔中置入钢筋作为抗拉杆件，然后在孔内压M30水泥砂浆固结，形成直径约为150mm的抗拔锚杆。
1.5.2 施工工艺流程
测量放孔→MJG-50液压锚杆钻机成孔至设计深度→清孔提钻→下钢筋束→自下而上压力注M30水泥砂浆，直至孔口满溢成桩→抗拔试验。
1.5.3 操作过程及技术要求
（1）成孔：采用MGJ-50型锚杆钻机钻进。成孔时孔位准确，钻孔垂直，孔深符合技术要求。
（2）下钢筋束：在钻孔完成且清洗后，将制作好的钢筋束下入孔中，要求下入设计深度，误差不超过10cm，斜坡顶部预留1m长度。
（3）压力灌浆：M30水泥砂浆，灌浆压力0.5-1.0Mpa,孔口溢浆后缓慢担升灌浆管，并反复补浆，直至孔口浆体饱满无空洞。
（4）抗拔试验：业主、设计、监理单位参加，由施工单位进行。
（5）抗浮锚杆钢筋连接采用闪光对焊或采用机械连接，要求接头抗拉强度不小于被连接钢筋抗拉强度标准值。
（6）防腐、防锈措施及防水:工程拉杆材料钢筋应除油污、除锈、安装时按一定规律平行排列，沿杆体轴向方向每隔2.0m设置一个隔离对中支架，确保杆体保护层厚度不小于2cm，以保证杆体的防腐效果。
2 灌浆设计
4#~10#、12#~15#消力池斜坡底板下三角区已改为砂砾石回填，因变形模量大，易造成止水破坏。本次修复采用灌水泥浆使局部砂砾石硬化为桩柱。设计桩柱直径不小于1.5m。
灌浆在两个锚杆孔中间进行，垂直钻孔、孔距2.5~3m，孔底进入弱风化岩不小于0.5m，排距与锚杆孔相同，钻孔直径90~150mm。灌浆孔在两侧锚杆施工完成，锚杆已与斜坡底板拉结，达设计强度75%后进行，浆压力0.1~0.2MPa，水灰比选用0.6：1。
灌浆前应在第4号板做实验孔，并取芯检查，查看桩径是否达到1.5m，若达不到，应调整灌浆压力。灌浆前应在灌浆孔上下游埋设沉降、位移观测点，密切观测灌浆孔周围的斜坡、止水变化，若位移超过2mm，应立即报告，调整灌浆压力。
3 顶部拉梁设计
斜坡顶布置三排锚杆，间距顺水流向间距2.5m，垂直水流向间距2.6~3m。在锚杆顶垂直水流向设拉梁，以利于锚杆钢筋锚固及将锚固力穿至斜坡板。
按单位面积的上举力56.25kN/m2，每根梁受力宽度2.5m，梁荷载为56.25*2.5=140.63kN/m。按跨度3m，均布荷载140.63kN/m计算梁的受力，梁跨中最大弯矩为140.63*3*3/8=158.2kN.m。梁混凝土强度等级为C30，计算的受力钢筋面积为15.5cm2，配筋率0.69%，实际配筋5根直径25，钢筋面积24.5cm2。
锚杆钢筋L形锚固在梁中的长度为1m。拉梁与斜坡接触面应凿毛，并设双排直径16锚筋与斜坡混凝土连接。
拉梁在锚杆和灌浆施工结束后施工。
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