理论教育 如何确定防渗墙厚度?

如何确定防渗墙厚度?

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:防渗墙厚度的确定可按以下步骤进行。如智力的柯巴姆坝坝基塑性混凝土防渗墙,试验极限水力梯度为280,实际采用的最大水力梯度为92,安全系数为3.04。引用允许水力梯度的概念计算防渗墙厚,是最重要的考虑。这种方法不仅概括了水力梯度、防渗效果,而且墙厚等因素均可作相应的类比。

如何确定防渗墙厚度?

防渗墙在混凝土设计指标确定之后,其厚度的确定是个重要问题,因为防渗墙厚度过大,会造成大量浪费;偏小则不能满足防渗、强度等功能的要求,因此防渗墙的厚度要合理确定。确定防渗墙厚度考虑的因素主要是:①要有足够的抗渗及耐久性能;②要满足结构强度要求;③要满足变形要求;④施工设备;⑤环境水质的要求。其中最重要的是前两个因素。防渗墙厚度的确定可按以下步骤进行。

1.先按抗渗及耐久性要求计算厚度

防渗墙的抗渗指标主要根据大坝渗流计算与控制成果的要求确定。防渗墙的抗渗性要求为:对于刚性混凝土防渗墙以抗渗等级W表示,抗渗等级应根据所承受的水头水力梯度以及下游排水条件、水质条件和渗透水的危害程度等因素确定,并不低于以下标准:J<10为W4;J=10~30为W6;J=30~50为W8;J>50为W10(J为水力梯度)。

对于塑性混凝土则以渗透系数k表示,一般在10-9~10-6cm/s之间变化,有的高达10-11cm/s。我国水利水电工程设计采用的渗透系数,承受水头低于70m的一般为28d的渗透系数k28=10-7~10-6cm/s;承受水头大于70m的可控制k28=10-8cm/s。

防渗墙在渗透压力作用下,防渗墙的耐久性是最为重要的,而其耐久性取决于机械力侵蚀和化学溶蚀作用,由于这两种侵蚀破坏作用都与水力坡降密切相关,因此,防渗墙的厚度首先根据其破坏时的水力梯度和安全系数来计算防渗墙的厚度B,即

式中 JP——防渗墙的允许水力梯度;

H——防渗墙承受的最大水头,m;

Jmax——防渗墙破坏时的极限水力梯度,有条件可用试验测定;

K——安全系数,国内一般采用K=3~5。

混凝土的极限水力梯度主要取决于水泥用量的大小。刚性混凝土防渗墙的抗渗等级W4~W8,相应的水力梯度为267~533,考虑安全系数后我国的刚性混凝土防渗墙允许水力梯度一般采用80~100。塑性混凝土防渗墙的水泥用量较少,极限水力梯度相应较低,中国水利水电基础工程局的试验结果,当水泥用量为120kg/m3时,Jmax=286;清华大学的试验结果是,当水泥用量为160kg/m3时,Jmax≥500。国外资料一般认为塑性混凝土的极限水力梯度可以达到300左右,但考虑固壁泥皮和地基的保护作用,安全系数取值较小。如智力的柯巴姆坝坝基塑性混凝土防渗墙,试验极限水力梯度为280,实际采用的最大水力梯度为92,安全系数为3.04。但国外目前确定塑性混凝土防渗墙的厚度时多采用Jp=50~60。我国小浪底上游围堰塑性墙的允许水力梯度采用近92,三峡二期围堰塑性墙允许水力梯度要求大于80,这是我国截至目前已建工程允许水力梯度最大的,这两项工程都是临时围堰工程。我国已建大部分塑性混凝土防渗墙工程的允许水力梯度均小于60,并安全运行。因此,塑性混凝土防渗墙的允许水力梯度建议采用Jp=50~60为宜。在计算防渗墙厚度时,考虑这些参数后按式(4-34)进行计算。按抗渗性和耐久性计算的墙体厚度是防渗最小要求的厚度,也是初选墙体厚度。

引用允许水力梯度的概念计算防渗墙厚,是最重要的考虑。而且显得简单实用,已建工程运行情况也证明未出现问题,因此根据水力梯度计算进行初选墙厚是可行的。但防渗墙的厚度问题涉及因素较多,墙厚的确定还要作全面的分析与论证。

2.通过防渗墙结构计算的应力应变结果验算墙厚

根据水力梯度计算的防渗墙厚度以后,对于高坝深覆盖层的土石坝再通过防渗墙应力应变结构的计算验算其防渗墙的强度和变形是否满足要求。这是因为高坝深混凝土防渗墙承受压力较大,一部分为墙上的土柱重量,一部分为墙两侧覆盖层沉降所引起的下拖力,还承受水压力、地震荷载,因此不进行计算就无法确定防渗墙的应力,就无法确定混凝土的安全性。(www.daowen.com)

根据初选的防渗墙厚度进行结构计算,然后对输出的应力变形成果进行检查,检查防渗墙压应力、拉应力、应力水平和变形是否超过防渗墙的允许值,如果未超过,说明初选的厚度满足强度要求,否则说明强度不满足,则逐步加大墙厚重新计算,直到满足为止。

有些研究资料表明,墙的厚度增大对墙体受力并不一定有利,薄墙的受力状况反而优于厚墙,当能够满足水力梯度的要求时,更加倾向于建薄墙。

3.施工设备因素的考虑

以上计算的墙厚可能与造孔设备钻机的性能不配套,主要是墙厚与造孔宽度不吻合。为了使防渗墙施工顺利进行,设计必须考虑施工,防渗墙厚度应考虑施工设备实现设计厚度的可行性,如不配套,可适当调整设计厚度。我国20世纪90年代以前造孔设备品种较少,大部分混凝土防渗墙厚度采用80cm,20世纪年代以后,随着大量引进国外先进设备和我国自主研发,造孔设备的品种越来越多,适应各种墙厚的设备在不断增加,国内已有的经验为0.6~1.3m。利用冲击钻造孔,1.3m的钻具已近极限。另外造墙的工期和造价,由钻孔和混凝土浇筑两道主要工序控制,相对来讲,薄墙钻孔数量增大而混凝土量减少,厚墙则反之,两者有一个最佳经济组合,根据已有经验,墙厚小于0.6m时,减少的混凝土量亦不能抵偿钻孔量增大的代价,经济上已不合理。因此,采用冲击钻造孔的施工方法,最小厚度一般不应小于0.6m。一般墙厚应以10cm为级差,特殊的可以5cm为级差。液压抓斗可建造0.5~2.0m墙厚的防渗墙;再厚的墙则需用轮式铣槽机才能施工。

4.根据工程类比验证防渗墙墙厚

根据已建工程的经验验证防渗墙墙厚是一种切实可行的方法。这种方法不仅概括了水力梯度、防渗效果,而且墙厚等因素均可作相应的类比。国内外已经建成并安全运行许多混凝土防渗墙,这些工程可与拟建的防渗墙进行类比,验证计算的防渗墙厚度是否合适。

5.地质条件的考虑

防渗墙是在外荷载作用下与地基共同受力,地基岩土的颗粒组成以及它的物理力学特性指标对防渗墙的影响是很大的,尤其是干密度、内摩擦角以及变形模量等参数对防渗墙应力应变计算影响甚大,应在地质勘察实验资料的基础上慎重选用。

当地基中大漂石或孤石含量较多时,薄的防渗墙施工很困难,应适当考虑墙厚一些;但在软土地基中墙厚可以薄一些。

6.环境水质因素的考虑

在某些情况下,根据环境水对混凝土的侵蚀情况,对厚度也有一定要求。例如,有些工程经水质分析后,河水对普通水泥有分解性侵蚀,对矿渣水泥结构物厚度小于0.5m时也有分解性侵蚀,在这种情况下,若没有其他特殊措施,初步定出的厚度一般不宜小于0.5m。

上述第1、2项求出的墙厚是最小墙厚,再综合考虑其他因素后最终确定防渗墙的设计厚度。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈