渣场坡面网格梁生态防护结构受力特点研究.pdf

年第 期水利规划与设计设计施工:/渣场坡面网格梁生态防护结构受力特点研究任泽栋 王 璐(水电水利规划设计总院有限公司 北京 北京市城市管理综合行政执法局执法保障中心 北京)摘要:为探究渣场坡面网格梁防护结构在不同施工时序下的结构受力特点 文章借助有限元软件结合工程实例对两种常见的施工时序进行模拟分析 结果表明:结构位移方面 两种施工方案总位移分布规律基本一致 位移较大的部位主要发生在网格中部位置 但网格梁和堆渣同步施工的方案中位移 以上的范围明显较大 结构应力方面 两种施工方案大主应力分布规律基本一致 最大值主要分布在网格梁与岸坡接触部位以及第一级马道底部位置 但网格梁和堆渣同步施工的方案中大主应力大于 的范围明显较大关键词:渣场 生态防护 受力分析 网格梁中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:任泽栋(年)男 工程师:引言在“碳达峰、碳中和”的背景下 蓄能电站作为电网的“充电宝”在助力电网实现两碳目标中迎来新的建设机遇 在蓄能电站工程建设过程中往往由于地表及地下的大量开挖导致产生诸多弃渣 少则几百万方多则上千万方 这些弃渣通常在工程区就近选择冲沟堆存成弃渣场 如此大面积的土石堆存体 为了防止大面积水土流失渣场常在表面设置一些生态防护措施 其中网格梁 植草护坡就是其中最常用的一种工作措施由于弃渣场渣体堆存都是根据主体工程施工时序随挖随弃 堆存体大都是未经过碾压的“松方”堆存 渣场成规模后沉降及位移量普遍较大 进而导致坡面网格梁生态防护结构开裂、断头、底部空鼓的问题时有发生 这些变化轻则导致渣场水土流失严重 重则导致坡面失稳形成大面积滑坡因 此 坡 面 生 态 防 护 在 渣 场 建 设 中 显 得 至 关重要然而 在渣场网格梁防护措施实施过程中工程上对网格梁施工时序方面 网格梁混凝土结构应该随着渣场边堆存边砌筑 还是渣场堆存完成后再一次性砌筑网格梁这两种方案存在不同认识 因此 本文结合某工程实例就两种不同施工时序 就渣场坡面网格梁生态防护结构的受力特点进行了对比分析 以期为后续工程建设提供指导 工程概况及计算模型 工程概况在建某蓄能电站 渣场平面布置如图 所示该渣场弃渣容量 万 渣场顶部标高下游坡面坡比 在标高 和 位置分别设置一马道 马道宽 坡面拟采用大框架现浇混凝土网格梁 植草护坡结构进行生态防护 网格梁框格尺寸 网格梁断面尺寸 (宽 高)渣场建成后拟在上部平面区域放置钢管及钢筋等施工材料 等效荷载约 图 渣场平面布置图(单位:)设计施工水利规划与设计 年第 期 计算模型及材料参数根据渣场布置方案 渣场平面最大宽度约 渣场顶部至底部最大高差约 因此 为了精确模拟渣场坡面网格梁的受力特点 选取计算模型平面尺寸为 计算深度取该范围内最低点以下 地层按照地质勘察成果划分为层 从上至下依次为全风化、强风化和弱风化岩性为花岗岩 采用有限元软件建立该范围内渣场的三维计算模型如图 所示 该模型中现状地形、渣场以及网格梁均采用 实体四面体 结合工程实际 网格梁采用 混凝土结构 结构采用线弹性本构模型 重度/弹性模量 泊松比 地基采用线弹性模型 渣场填筑料采用摩尔库伦模型 边界条件及计算时序为了计算准确 需要结合建筑物的实际受力情况 对模型设置约束及荷载 约束设置时 以竖直方向为 轴 在模型的四周、对称面设置垂直于对称面的滚轴约束 在模型底部 对称面设置 向的固定约束 荷载设置时 结合实际受力情况考虑结构的自重荷载 同时在渣场顶面均施加 的压力荷载 边界条件设置如图 所示计算时序方面考虑到网格梁的两种不同施工时间节点 拟定了两个方案 其中 方案一为先填筑渣场后施工网格梁方案 即按照高程 以下堆渣高程 堆渣高程 以下网格梁防护高程 网格梁防护坡顶堆积建材的步骤模拟分析 方案二为渣场边填筑边做网格梁防护方案 即按照高程 以下堆渣高程以下网格梁防护高程 堆渣高程 网格梁防护坡顶堆积建材的步骤模拟分析 两种方案的计算过程简图如图 所示 计算结果对比分析 位移对比分析通过数值计算 可以得到两种不同的渣场施工时序下网格梁各阶段总体位移云图如图 所示 通过对比分析两种方案的总位移分布情况可知 两种方案网格梁相应阶段的位移分布规律基本一致 总位移最大值主要分布在网格梁中上部靠近坡顶 网格梁与两岸接触部位以及底部位移较小 这与底部渣场的位移变形情况基本一致渣场两岸及底部位图 三维有限元计算模型图图 有限元模拟施工时序图 年第 期水利规划与设计设计施工图 各阶段坡面网格梁总位移云图()置由于与基岩接触 对上部位移有一定的约束作用 而中部位置受渣场沉降及滑移影响 总体位移较大 其中 方案一在渣场施工完成时位移最大值为 位 移 值 大 于 的 范 围 占 比 约 在 渣 场 顶 部 承 载 后 位 移 最 大 值 为 位移值大于 的范围占比约 方案二在渣场施工完成时位移最大值为 位移值大于 的范围占比约 在渣场顶部承载后位移最大值为 位移值大于 的范围占比约 由此可知 两种网格梁施工方案中总位移情况分布基本一致且最值接近相等 但是边填筑边施工网格梁的方案二中位移大于 的范围明显偏大 网格梁损坏的可能性更大 应力对比分析通过数值计算 可以得到两种不同的渣场施工时序下网格梁各阶段大主应力云图如图 所示 通过对比分析两种方案的大主应力分布情况可知 两种方案网格梁相应阶段的应力分布规律基本一致大主应力最大值主要分布在网格梁中两侧与山体接图 各阶段坡面网格梁大主应力云图()(下转第 页)年第 期水利规划与设计设计施工片最小主应力增大明显 各环管片最大变形增量也分别有所增大图 管片最大变形增量变化规律 结论()通过数值计算方法分析了中、微风化板岩中盾构小曲线掘进过程中管片结构受力特征 明确了相同推力作用下中风化板岩环境中管片结构受力、变形均较微风化板岩环境中大的情况()微风化板岩地层中的隧道结构 不同推力差主要对第 环管片产生较大的影响 但是 对于正在施工的盾构隧道 考虑盾尾内新安装管片处在悬挑状态以及同步注浆浆液存在硬化时间问题 第环管片均存在最大主应力大于 的现象 其中以第 环和第 环管片表现最为明显 施加推力作用对减小第 环及其以后各环管片的最大主应力有益()施加足够大的推力有助于控制管片结构最大拉应力 考虑到盾构施工过程中盾构施加在管片上的推力是变化的 表现为:停机阶段小 正常掘进段大 考虑减少管片结构不利受力影响 应控制盾构掘进不同阶段最小总推力值 对比微风化和中风化板岩地层中盾构小曲线半径掘进过程中管片结构受力特征 微风化围岩可以很好的约束管片结构变形 进一步减小盾构小曲线掘进过程中对管片结构受力、变形的不利影响参考文献 张云 殷宗泽 徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析.岩石力学与工程学报():.周济民 何川 肖明清 等.狮子洋水下盾构隧道衬砌结构受力的现场测试与计算分析.铁道学报 ():.王士民 申兴柱 何祥凡 等.不同拼装方式下盾构隧道管片衬砌受力与破坏模式模型试验研究.土木工程学报 ():.袁大军 尹凡 王华伟 等.超大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究.岩石力学与工程学报 ():.何川 封坤 杨雄.南京长江隧道超大断面管片衬砌结构体的相似模型试验研究.岩石力学与工程学报():.朱合华 崔茂玉 杨金松.盾构衬砌管片的设计模型与荷载分布的研究.岩土工程学报():.李晓军 黄伯麒 杨志豪 等.不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率.同济大学学报(自然科学版)():.冉建西 李文新.中埋深膨胀岩盾构隧洞管片结构受力分析及内力特征.水利规划与设计():.李立权.输水隧洞管片衬砌接缝相互作用的数值研究.水利技术监督():.(上接第 页)触位置以及顶层网格梁与马道接触部位 网格梁中间区域应力值较小 其中 方案一在渣场施工完成时大主应力最大值为 应力值大于 的范围占比约 在渣场顶部承载后应力最大值为 应力值大于 的范围占比约 方案二在渣场施工完成时大主应力最大值为 应力值大于 的范围占比约 在渣场顶部承载后应力最大值为应力值大于 的范围占比约 由此可知 两种网格梁施工方案中大主应力情况分布基本一致 但方案二由于 马道以上堆载导致先期施工的网格梁应力明显增大 并且两种方案比较方案二边堆渣 边 施 工 网 格 梁 方 案 应 力 值 大 于 的区域范围明显偏大 其相应的网格梁结构应该更容易开裂 结论渣场作为蓄能电站工程中不可或缺的建筑物之一 其坡面防护结构受力及位移情况对渣场的安全及稳定起着至关重要的作用 本文借助有限元软件结合工程实例对两种常见的施工时序进行模拟分析 结果表明:()两种施工方案总位移以及大主应力分布规律基本一致 总体位移均在 级别 位移较大的部位主要发生在网格中部位置 但网格梁和堆渣同步施工的方案中位移 以上的范围明显较大()大主应力最大值主要分布(下转第 页)设计施工水利规划与设计 年第 期结果表明:()一道水平支撑灌注桩 桩顶水平位移随支撑位置的下降而增大 桩身最大水平位移也增大桩身最大弯矩随支撑位置的下降而减小 桩直径增大 桩顶水平位移增大 桩身最大水平位移减小桩身最大弯矩随桩直径的增加而增加()两道水平支撑灌注桩 桩直径增加 桩顶水平位移增加 桩身最大水平位移减小 桩身最大弯矩随桩直径的增加而增加 支撑位置对桩身弯矩和桩身水平位移无影响()工法中第二道支撑位置不变 第一道支撑位置较浅时 桩顶水平位移不变 第一道支撑较深时 桩顶水平位移变化显著 当支撑位置变化时 桩身最大水平位移变化不大 第二道支撑位置不变第一道支撑位置增大时 桩身最大弯矩减小桩直径增加时 桩顶水平位移增加 桩身最大水平位移减小 桩身最大弯矩增大()一道水平支撑灌注桩、两道水平支撑灌注桩和 工法 控制水平位移和桩身弯矩 相对于支撑位置 由于桩直径对桩身水平位移和桩身弯矩均有影响 应该考虑调整桩直径()三种情况下嵌固深度对桩身弯矩及水平位移均无影响参考文献 王玮.深基坑工程桩基检测技术分析建材技术与应用():.顾士坦 施建勇.深基坑 工法模拟试验研究及工作机理分析.岩土力学():.郑文鑫.深基坑支挡结构设计的若干问题.黎明职业大学学报():.宋利文 谭燕秋.基于施工工况下冗余度的深基坑支护体系研究.地下空间与工程学报():.:.:.:.():.夏建中 顾家诚 徐云飞 等.基于冗余度的基坑多道水平支撑系统研究.科技通报():.阮祎萌.城市地下空间工程基坑支护设计与分析.建筑结构():.张飞 汤璐.基于有限元法对抗滑桩在渠堤稳定中的影响因素分析.水利规划与设计():.李友元 王新浪 王震南.邻近堆载作用下高铁桥基群桩变形特性数值研究.水利规划与设计():.许经宇 韩冬梅.群桩基础在老白沙滩泵站扶臂式挡土墙中的应用.水利规划与设计():.杨代齐.水工建筑物基础处理探讨.水利规划与设计():.顾翀.双侧基坑开挖对中间地铁隧道的影响研究.水利规划与设计():.李晓宏.监测技术在水利工程基坑施工中的应用.水利规划与设计():.(上接第 页)在网格梁与岸坡接触部位以及第一级马道底部位置 但网格梁和堆渣同步施工的方 案 中 大 主 应 力 大 于 的 范 围 明 显较大()总体比较而言 两种方案带来的网格梁破坏的风险基本相当 这一计算成果可为后续工程建设提供参考参考文献 闫宾 江献玉 柴建峰 等.抽水蓄能电站弃渣场全过程管控研究.水电与抽水蓄能():.李沁书 温家华 柴建峰 等.抽水蓄能电站弃渣场勘察设计中若干问 题的探 讨.水 电 与 抽 水 蓄 能 ():.孙国梅.分布不均匀性对渣场边坡稳定性数值模拟结果的影响.水利科学与寒区工程():.王静 张翼 杨凯.抽水蓄能电站水土保持措施设计.中国水土保持():.阳凤 蔡德文 徐洪霞 等.水电工程沟道型弃渣场水土保持措施设计探讨.水利规划与设计():.刘大群.蒲石河抽水蓄能电站的渣场布置与防护.水利技术监督():.刘海博 段东亮.阳江抽水蓄能电站下库弃渣场排水设计.三峡大学学报(自然科学版)():.赵鸿 寇晓梅 李红星.拦沟型弃渣场水土保持措施设计.水利与建筑工程学报():.赵心畅 徐洪霞.溧阳抽水蓄能电站水土流失防治措施的分析.水力发电():.聂国辉 张玉梅 程传民 等.泰安抽水蓄能电站弃渣场综合治理技术研究.水土保持研究():.谭奇林.抽水蓄能电站的水土流失预测:以张河湾抽水蓄能电站为例.水电站设计():.