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土石壩拼寬放坡碾壓強度的探討

來源:期刊VIP網所屬分類:路橋建設時間:瀏覽:

一、問題的提出
在安全鑒定中會發現有些老土石壩已運行45十年,但由于施工質量或是原斷面設計偏緊,經復核分析后,壩身穩定安全系數不滿足規范要求,為確保安全,常結合壩頂加寬采取放坡的加固措施。但在拼寬放坡中,為保證拼寬壩體填筑質量,使用不恰當的重型碾壓設備、并采用震動碾壓,沒有顧及老壩體的強度,結果在分層碾壓過程,使老壩體與拼寬體的結合面下產生塑性變形,隨著碾壓層面的升高,下滑重量增加,產生壩坡坍滑,給工程施工造成困難,帶來損失。為防范這一現象的發生,本文就此結合一工程實例進行初步探討。
二、產生坍滑原因
   拼寬壩體在分層碾壓過程,均以老壩坡面為基面,其碾壓荷載,將在老壩坡面下產生相應的應力,若碾壓荷載過重并采用震動碾壓,則在老壩體邊坡下產生塑性區,隨著填筑高度的升高,塑性開展區也將由下向上延伸,在塑性開展區內的老壩體將產生剪切變形,使抗剪強度降低,當拼寬部分加到一定高度,下滑力大于壩基部分的抗滑力,即將產生滑坡。
某土石壩工程壩高20m,在大壩背坡采用拼寬加固, 拼寬部分采用礫石土填筑,厚度約2.8m,礫石含量大于60%,天然密度1.89t/m3,抗剪強度指標ψq=35o,Cq=0(經驗值);老壩體r=1.94t/m3,飽和密度rf=1.94t/m3,快剪值Cq=1.35 t/m2,ψq=18.9o;固快Ccq=1.96t/m2,ψcq=23.5o,含水量W=23%左右,拼寬壩體在高程31.0m以下為強風化基巖。施工分層碾壓厚度50cm,采用20t震動碾分層碾壓,每層碾壓6遍,當拼寬壩體碾壓至47.0m高程時,壩坡下滑,產生破壞。
究其大壩滑坡產生的原因,超重的碾壓及震動碾壓是其主要原因。經檢測,由于老壩體含水量偏高處于基本飽和狀態,其飽和度Sr在85%~90%之間,在超強外載作用下將產生流塑區剪切變形。根據土體極限平衡條件,判別基底某點應力是否超過塑流界限,可用臨界內摩擦角和臨界凝聚力作為判別標準。
----------(1)
----------(2)
Ψk,Ck—地基中某點在荷載作用下,達到臨塑狀態時的摩擦角(度)、凝聚力(t/m2)。砂性土用Ψk值,粘性土用Ck值。
C、Ψ—地基中某點的凝聚力、摩擦角。
σy、σx、τxy—在荷載作用下地基中某點的垂直應力、水平應力、剪應力。(可從土壩設計或有關基礎設計手冊中查用)
拼寬部分壩體從31.0m高程開始碾壓,20t震動碾輪壓為q=20t/m2,震動碾鋼輪寬度2m,碾壓順坡軸線分層壓實。每層按拼寬的設計寬度分為若干條帶,逐條進行,待一層碾壓完畢后,鋪筑上一層,層厚50cm,如此循環往復。在每層進行第一條帶碾壓時,緊貼老壩體,其碾壓應力將傳遞到老壩體。現以31.0m起始高程進行分析。
30.5m高程有5個碾壓條帶,邊緣條帶與壩體相連,活載q=20t/m2,作用寬度b=2m(相當碾壓輪寬),荷載作用這雙緣點不同深度地基往往最大,是控制斷面。按上述(1)、(2)式中計算可得,沿壩身深度各點臨界凝聚力和內摩擦角。
    荷載邊緣點(m) 高程(m) 臨界凝聚力CK
    (t/m2
    基土凝聚力或摩擦角C(t/m2
    0.0 30.8 3.48 1.35
    0.0 30.34 3.71 1.35
    0.0 30.00 3.62 1.35
    0.0 28.79 3.30 350

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