钢筋混凝土箱涵在渠道滑坡治理中的应用.pdf

钢筋混凝土箱涵在渠道滑坡治理 中的应用 顾友新( 长丰县永丰水库管理所， 安徽 合肥 2 3 1 1 0 0 ) 1 工程概述 长丰县罗户滑坡位于淠史杭灌区淠河总干渠瓦东干渠尾 部李岗机耕桥至杜集水库进水闸段陈岗切岭上的杜集乡罗户 村。该干渠 自李岗机耕桥至杜集水库进水闸长 2 7 1 0 m， 于 1 9 7 0 年人工开挖。设计灌溉面积 0 5 1 l l Y m ， 设计流量， 设计水位 4 1 0 4 m 4 1 0 0 m，渠底 比降 1： 5 0 0 0 ，底宽 4 0 m，渠底高程 3 9 0 3 m 一 3 8 5 0 m， 正 常水深 2 0 m 一 2 5 m， 渠道边 坡 1 ： 2 0 ， 切岭 段 堤顶高程达 5 0 0 m。 罗户滑坡始发于 1 9 9 4年， 当时滑坡较小。1 9 9 8年起 ， 滑坡 位移速度加快 ， 滑体已严重阻塞干渠， 直接影响杜集水库( 中 型) 进水和杜集、 沛河两乡的农田灌溉以及人民群众生活用水。 因此， 必须尽快实施瓦东干渠罗户滑坡治理工程， 缓解江淮分 水岭北侧的杜集、 沛河乡干旱缺水问题。 2 现状和成因 罗户滑坡段属于陈岗切岭 滑坡总长度 1 7 0 m， 其中上游 左岩滑坡长 4 0 m。 滑壁高 2 0 m， 滑体超越渠道中心； 下游左岸 滑坡长 6 0 m、 宽 3 0 m， 滑壁高 1 5 m； 右岸滑坡长 7 0 m、 宽 3 0 m， 滑壁高 1 5 m； 右岸滑坡长 7 0 m、 宽 3 0 m， 滑壁高 2 0 m， 此处两 岸滑坡对称下滑， 滑舌相接， 严重阻碍干渠通水。滑坡最大滑 动面深度 5 4 m，滑动面残余强度指标 ： C p = 0 0 3 0 0 7 k g o m ， q r =_ 4 o 5 0 1 3 o O 0 。 从以往长丰县瓦东干渠新集 、 舒岗、 古 楼岗及万岗等多处滑坡的原因， 结合该滑坡的地形 、 地貌和地 质条件进行分析， 罗户滑坡的主要原因是： 地体裂隙发育 ， 土体被多方裂缝分割成棱块 ， 渠道开挖后， 由于卸荷膨胀 ， 裂 隙张开， 雨水人浸后 ， 在土体中的裂隙间形成软弱结合面， 从 而削弱了土体的强度 ； 罗户滑坡段最大挖深 6 m， 最大堆土 高度 5 m， 渠道施工中边坡未留平台或马道 ， 弃土一直沿边坡 坡脚堆到堤顶， 从而增大了渠道边坡的高度 ； 渠道开挖后 ， 渠堤两侧均未及时做排水设施 ，同时堆土区也未做草皮等植 被保护， 在遇到长时间大降雨后 。 雨水通过渠堤表层裂隙渗人 坡体 ， 使坡内的土体逐渐软化 ， 时间一长使边坡失稳； 管理 不得力， 防治不及时等。 3 方案选择和箱涵设计 3 1方案选择 本着技术可靠 、 节省经费、 确保效益的原则， 长丰县邀请 省、 市有关水利专家， 针对滑坡治理方案进行了深入分析和研 究。根据该处滑坡的现状趋势及其特点， 如采用人工减载或混 凝土桩锚方案， 一是土方量较大， 必须征地堆土； 二是工期长、 造价高 ， 可靠性差。 综合了该处滑坡具有对称性的特点， 以及在 1 7 0 m长滑坡段内渠道左右和上下有多处小滑坡正在发展的趋 势， 一致同意采用涵洞方案进行治理。 在涵洞的形式选择中， 进 一 步比较钢筋混凝土箱涵、 浆砌石拱涵、 浆砌石重力挡土墙加 支撑等 3种形式。首先选取单宽 l m对 3 种型式的断面进行比 较。钢筋混凝土框架箱涵 ： 每米工程量： 土方 4 1 m 3 、 钢筋混凝 土 3 8 4 m 3 每米投资 0 2 9万元； 优点 ： 造价底、 造田0 4 h m ， 技术 可靠； 缺点： 水位须降低 0 0 7 m， 施工难度较大。浆砌石拱涵： 每米工程量： 土方 3 8 m 3浆砌石 1 3 1 m3 混凝土 2 8 m， ， 每米投资 0 4 3 万元； 优点： 造田0 4 m ， 技术可靠； 缺点： 造价较高， 水位须 降低 0 0 7 m， 施工难度较大。浆砌石重力挡土墙加支撑 ： 每米 工程量， 土方 2 4 m 、 浆砌石 1 8 7 m ， 、 每米投资 0 4 6万元 ； 优点： 施工难度小 ； 缺点： 造价高， 方案可靠性差， 水位须降低 0 0 3 m。 经过上述综合 比较最后 确定选用钢筋混凝土箱涵。 3 2箱涵的设计 3 2 1 水力计算 设计流量 Q = 7 1 m3 ， s ， 箱涵断面净尺寸 3 0 mz 2 5 m 2 , 入水口 渠底高程。= 3 8 7 5 ，水位 H= 4 1 0 2 m，水深 H o = 2 2 7 m，渠底宽 B = 4 0 m，边 坡 1： 2 0 ，渠 底 比 降 i = 1 ： 3 3 0 0 。 L H o = 1 7 0 2 2 7 = 7 4 9 1 O H 。 ， 按明渠均匀流计算， 其计算成果： 涵内正常水深 h o = 2 2 m；进口涵底高程A2 = 3 8 7 5 m；出水口涵底高程A = 3 8 7 2 m； 下游渠底高程 k 4 = 3 8 6 8 m； ( ) T游水位为4 0 9 5 m。 3 2 2箱涵结构设计 采用 C 2 0 钢筋混 凝土箱涵 ，计算宽度 3 3 m、 高度 2 8 m， 涵壁 厚0 3 m，取钢筋混凝 土容重为 2 5 t m3 , 土容 重为 2 0 t m3 , 涵顶填土 厚 1 4 m 。计算简 图如 图 1 。 杆端弯矩计算 ： 查 ， 表计算杆端弯矩为： M ： MB = 一1 5 1 0 6 3 0 5 2 = - 2 6 6 ” M MD = = 一 2 4 0 - 0 6 3 - 0 6 3 = - 3 6 6 剪 力计 算如 图 2 ， Q 仰 = 5 5 3 t ， Q B = 一 5 5 3 t ,Q B D = 4 3 8 4 Q r = 6 8 7 t ， Q 7 6 2 t ， Q 7 6 2 t ， Q 6 8 7 t ， Q - 4 3 8 t 2 6 6 2 6 6 )062 2 一 一 一 、 ； 6 ， I 3 6 6 2 66 360 图 2【 单位 ： t m) 跨中弯矩计算： A B段 M m = 1 9 0 C D段 Mm= 2 6 3 D B 、 C A段 M = 0 6 2 弯矩图。 配筋计算： 保护层 a = 2 5 m， I I 级钢筋 R , = 3 4 0 0 k g c m ， k = l 5 , h s=2 7 5 c m， i n 混凝 土 R = 1 4 0 k g c m ， 公 式 K M t- - F a R g ( h o - x 2 ) ， x = F g b R - O 5 5 h 。 ， 计算结果： 顶板配筋： 3 1 6 3 3 0 ， A g = 6 0 3 c m ， ( 计算值 A g = 4 3 9 c m ) 底板配筋： 4 q 1 6 2 5 0 ， A g = 8 0 4 c m ， ( 计算值 A g = 6 0 5 e m 。 ) 侧墙配筋： 4 q b 1 6 2 5 0 ， A g = 6 0 3 c m ， ( 计算值 A g = 4 3 9 c m ) 剪力校核 ： R = 1 1 0 k g c m 0 0 7bh o K。 =2 1 2t ， 0 3 b h o R = 9 0 8 t ， K Q = 8 8 5 一 l 2 1 9 t ( k 取 1 6) 因为 K Q 0 0 7 b h o R a 0 3 ) ， 断热铝 +中空玻璃已很 难满足节能计算的要求 ，建议直接选用断热铝 + L O W E中空 玻璃， 墙面保温层的厚度则根据计算确定。 窗墙面积比较小时( 约0 2 5 ) ， 断热铝 +中空玻璃基本 可满足节能计算的要求 ，同时墙面挤塑聚苯板保温层选用 2 5 ra m即可 ( 选用 2 0 mm厚的挤塑聚苯板会导致墙面传热系数 大于 1 0 ， 不能满足规定的传热系数限值 ) 。 窗墙面积比介于 0 2 5和 0 3之间时， 可以选择较薄的外 墙保温材料配合断热铝 + L O W E中空玻璃的外窗或者稍厚的 外墙保温材料配合断热铝 +普通中空玻璃的外窗， 这两种方案 都可以满足节能计算的要求， 此时可以通过比较这两种方案的 造价来确定最终的节能方案。 在规定性指标节能计算书中会有 外窗和外墙的面积统计 ，与该材料的单价相乘即可得出总价 格 ， 比较两种方案的造价， 选择造价较低的即可。 表 3与表4为 铝合金窗和挤塑聚苯板的单价估算表。 在节能计算的过程中， 我们发现通常修改外窗玻璃的类型 比修改外墙厚度更易改变计算结果，所以在造价许可的前提 下 ， 可以选用断热铝 + L O W E中空玻璃的外窗， 这样可以较大 程度的减少外墙保温层的厚度， 便于施工， 也能降低外墙面开 裂的风险。