非粘結(jié)鋼腱堤基處理設(shè)計(jì)

對(duì)海堤軟土地基的常用處理措施，淺埋的薄層軟土宜挖除；當(dāng)軟土厚度較大難以挖除或挖除不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用墊層法、加筋土工織物鋪墊法、放緩邊坡或反壓法、排水井法、拋石擠淤法、水泥土攪拌樁法等。本工程為海底軟土上新筑堤，淤泥厚度比較大，不適合挖除。而水泥攪拌樁和拋石擠淤的投資都比較大，且水泥攪拌樁的強(qiáng)度上升比較緩慢，均不宜采用。

塑料排水板結(jié)合砂墊層排水，堆載預(yù)壓的方法，是由豎向排水與水平排水相結(jié)合形成完整的排水系統(tǒng)對(duì)地基進(jìn)行固結(jié)加固。該方法工程造價(jià)低，排水效果明顯，地基強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，是一種成熟、可靠的方法，在水上和陸上施工都非常方便，已在天津地區(qū)廣泛使用。采用塑料排水板地基礎(chǔ)處理后，主體部分的堤基沉降量可完成80%左右，可保證竣工后的安全運(yùn)用，減少維修。根據(jù)防潮海堤工程級(jí)別、堤高、地質(zhì)條件、施工條件、工程使用和滲流控制等要求，本次工程堤基處理設(shè)計(jì)采用插塑料排水板加砂墊層后堆載預(yù)壓的方法。

設(shè)計(jì)排水板正方形布置，橫縱排間距為1.0m?？紤]到半圓體防波堤的整體穩(wěn)定性，不宜在其背海側(cè)地基處采用挖泥換砂措施，故在原泥面上鋪設(shè)1m厚粗砂墊層，砂墊層不僅做為水平排水系統(tǒng)，同時(shí)能提高地基承載力。上部堤身分級(jí)填筑，對(duì)地基進(jìn)行堆載預(yù)壓處理。 2100433B

考慮越浪的強(qiáng)度要求，堤頂護(hù)面的強(qiáng)度要求同臨海面。堤頂一般兼作防汛公路，故護(hù)面一般采用混凝土結(jié)構(gòu)。堤頂設(shè)置防浪墻，既可節(jié)省海堤堤身工程量，減輕堤基荷載，也可防止或減少波浪越頂。當(dāng)?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有防浪墻、且防浪墻穩(wěn)定、堅(jiān)固時(shí)，堤頂高程可算至防浪墻頂面。常用的防浪墻材料有漿砌石、灌砌石和鋼筋混凝土墻結(jié)構(gòu)。從強(qiáng)度要求和保護(hù)對(duì)象重要性角度考慮，本工程設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程取為上節(jié)確定的9.0m高程。

防浪墻迎海側(cè)設(shè)計(jì)采用反弧形，以減小波浪反射，使沖擊水流回轉(zhuǎn)，從而消減浪壓力，減少越堤水量。規(guī)定一級(jí)海堤不包括防浪墻的堤頂寬度應(yīng)大于5m。結(jié)合運(yùn)用管理情況，本次設(shè)計(jì)堤頂為現(xiàn)澆混凝土路面，寬6m（不含防浪墻寬度），路面高程低于墻頂1.2m。為利于排水，路頂面設(shè)計(jì)1%坡比傾向背海側(cè)。路面中心設(shè)置縮縫，采取誘導(dǎo)切割方式在路面中心切割一條假縫，當(dāng)面板收縮時(shí)，將沿此最薄弱斷面有規(guī)則地自行斷裂。

越浪海堤的斷面設(shè)計(jì)除了解決越浪量和堤頂高程的問(wèn)題，還包括堤身、堤坡護(hù)面結(jié)構(gòu)、堤頂結(jié)構(gòu)及堤基處理等方面的問(wèn)題。

非粘結(jié)鋼腱堤身設(shè)計(jì)

充砂袋適用于地基承載力較低的中、高灘部位，具有滲透性好，易于排水固結(jié)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種圍埝和護(hù)岸結(jié)構(gòu)中，近年在天津地區(qū)得到普遍應(yīng)用。為適應(yīng)軟基上筑堤的特點(diǎn)，本工程堤身采用水力充填砂袋填筑。設(shè)計(jì)每層砂袋高0.5m，層間布置袋裝碎石平整坡面。為保護(hù)沖砂管袋以及減少袋內(nèi)充填物跑漏，在現(xiàn)狀半圓體結(jié)構(gòu)背海側(cè)設(shè)置拋石棱體，棱體后設(shè)置混合倒濾層，并在充填管袋與其接觸結(jié)構(gòu)適當(dāng)加大墊層保護(hù)措施。[1]

非粘結(jié)鋼腱臨海側(cè)設(shè)計(jì)

臨海側(cè)直接經(jīng)受波浪作用，護(hù)面結(jié)構(gòu)主要從穩(wěn)定性、抗沖刷能力、消浪效果等角度綜合考慮。該部分結(jié)構(gòu)上部應(yīng)能夠承受波浪的打擊、上吸；下部應(yīng)能承受波浪的反復(fù)掏刷。因此要求護(hù)面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高，穩(wěn)定性要滿(mǎn)足要求，護(hù)面底要做好反濾。同時(shí)護(hù)腳要有足夠的支承力，要能防止底腳被淘刷，或發(fā)生淘刷時(shí)，仍有足夠的能力支承護(hù)面結(jié)構(gòu)。

目前海堤常用的護(hù)面塊體有柵欄板、四腳空心方塊、四腳錐體、扭王字塊、扭工字塊等。柵欄板和四腳空心方塊常用于常潮位以上的護(hù)面，但四腳空心方塊不宜用于設(shè)計(jì)波高大于4m時(shí)，本工程所在位置堤前水深大，波浪較強(qiáng)，設(shè)計(jì)波高超過(guò)4m，故而消浪平臺(tái)及其上部斜坡段采用柵欄板護(hù)面，下設(shè)干砌塊石墊層和碎石墊層及土工布一層。消浪平臺(tái)與半圓體結(jié)構(gòu)水平銜接，為滿(mǎn)足半圓體穩(wěn)定和防沖要求，臨海側(cè)半圓體前增設(shè)拋石棱體護(hù)腳。[1]

非粘結(jié)鋼腱背海側(cè)設(shè)計(jì)

越過(guò)防浪墻的波浪將直接與堤頂或后坡碰撞，流速衰減迅速，故背海側(cè)堤坡的防護(hù)原則上以能承受垂直于坡面的沖擊力為主，無(wú)波浪的回流水流的拖拽力，因此護(hù)面設(shè)置主要考慮透水、消能并保證良好的反濾墊層。背海側(cè)堤肩采用混凝土結(jié)構(gòu)以防越浪沖擊?？紤]岸坡穩(wěn)定和上部結(jié)構(gòu)施工要求，本工程背海側(cè)堤坡設(shè)計(jì)采用兩級(jí)平臺(tái)，上級(jí)平臺(tái)高程與臨海側(cè)消浪平臺(tái)齊平，其上部護(hù)坡采用柵欄板，下設(shè)干砌塊石墊層和碎石墊層及土工布一層；上下兩級(jí)平臺(tái)之間的護(hù)坡以及上級(jí)平臺(tái)采用灌砌石護(hù)面，下級(jí)平臺(tái)采用干砌塊石護(hù)面；護(hù)坡下堤腳處設(shè)拋石棱體護(hù)腳。

目前，海堤的設(shè)計(jì)主要分為不允許越浪和允許部分越浪兩大類(lèi)。天津沿海地區(qū)軟基分布較廣泛，在軟基上新建海堤排水固結(jié)周期長(zhǎng)，沉降量大，故海堤的填筑速度和建設(shè)高度受到限制。按不允許越浪設(shè)計(jì)，對(duì)堤頂高程和斷面尺寸的要求較高，可能造成軟土地基的承載力不足，不僅會(huì)極大的增加軟土地基的處理費(fèi)用，加大工程投資，還會(huì)增加施工難度，延長(zhǎng)建設(shè)周期，很不經(jīng)濟(jì)合理。按允許部分越浪設(shè)計(jì)在控制越浪浪滿(mǎn)足要求的前提下，可以有效降低堤身高度，優(yōu)勢(shì)比較明顯。

海堤位于軟土地基上，堤頂高程過(guò)高會(huì)增加潰堤的風(fēng)險(xiǎn)?？紤]本次設(shè)計(jì)堤頂及堤坡均有防護(hù)，同時(shí)背海側(cè)結(jié)合整體規(guī)劃要求可以修建景觀河道以容納越浪水量，因此本次海堤工程按照允許部分越浪進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定及公式，按照帶平臺(tái)的復(fù)合式斜坡堤，采取按允許部分越浪的波浪要素進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)堤頂高程取值8.50m。

規(guī)范中海堤允許越浪量的計(jì)算方法是建立在簡(jiǎn)單單坡和陡墻模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，計(jì)算方法和計(jì)算公式比較單一且精度有限，難于適應(yīng)復(fù)雜斷面結(jié)構(gòu)型式海堤的越浪量計(jì)算。海堤結(jié)構(gòu)斷面和波浪作用條件較復(fù)雜，波浪爬高和越浪量計(jì)算與現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件不完全一致，為了驗(yàn)證海堤越浪量、確定堤頂高程和對(duì)海堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，本次設(shè)計(jì)海堤斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)。參照試驗(yàn)結(jié)論，從安全和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，最終確定本次海堤設(shè)計(jì)堤頂高程為9.0m。

根據(jù)斷面外形特點(diǎn)，海堤結(jié)構(gòu)型式大體上分為三種基本形式，即斜坡式、陡墻式和混合式?；旌鲜胶５绦褪綌嗝娼M合得當(dāng)，可兼有前兩者的優(yōu)點(diǎn)，適用于地質(zhì)條件較差、水深大、受風(fēng)浪影響較大的堤段。

地質(zhì)為軟土特性、風(fēng)浪及水深較大，兼顧考慮已建半圓體防波堤情況，采用混合式斷面形式是比較合適的。設(shè)計(jì)采用帶平臺(tái)的復(fù)式斷面，消浪平臺(tái)的設(shè)置可減少波浪飛濺，平臺(tái)上的紊動(dòng)波流能消耗大部分波浪能量，有效地減少波浪爬高，同時(shí)也有利于提高堤身斷面的穩(wěn)定性。根據(jù)南港工業(yè)區(qū)東邊界現(xiàn)已建成的半圓體結(jié)構(gòu)防波堤位置，從消浪效果、工程投資及占地等角度考慮，東邊界永久達(dá)標(biāo)防潮海堤設(shè)計(jì)與半圓體防波堤整體結(jié)合布置，半圓體與設(shè)計(jì)消浪平臺(tái)相銜接。該方案堤頂高程較低，投資最小，地基處理難度低，占用可利用土地少，施工條件相對(duì)較好。

防止海水在潮汐的作用下入侵，影響人們的聲明財(cái)產(chǎn)安全。

鋼腱施拉之前，必須檢視所有抓握器等是否裝置妥善，否則，冒然施拉。極易造成危險(xiǎn)。校正施拉機(jī)上拉力表之準(zhǔn)確性，使于鋼腱伸長(zhǎng)量計(jì)算之拉力誤差在5%以?xún)?nèi)。

檢查無(wú)誤后，即可將施拉械放至梁施拉端的錨柱外，將穿有鋼腱并已裝妥抓握器(或鉚釘頭)的鋼鈑于施拉械前端的端鈑或環(huán)鈑鎖牢。即可準(zhǔn)備施拉。

施拉作業(yè)，最好于當(dāng)?shù)貧鉁嘏c梁身混凝土溫度相若時(shí)施行，如氣溫低于混凝土溫度甚多時(shí)。則在前算鋼腱伸長(zhǎng)量外，慮另加因溫度差而增加的伸長(zhǎng)量。應(yīng)注意施拉時(shí)鋼腱的應(yīng)力不得超過(guò)最低終極強(qiáng)度的80%。

施拉械(tensioning machine)多為油壓動(dòng)力，亦如一般的油壓千斤頂(oil jack)，其上附有壓力表。用以顯示施拉的拉力。

在進(jìn)行預(yù)力施拉之前。應(yīng)先將各鋼鋼腱拉緊，使其無(wú)松弛(slack)或下垂(sag)現(xiàn)象。然后于各鋼腱緊貼梁端端模處以油漆作一標(biāo)記，作為將來(lái)計(jì)算鋼腱伸長(zhǎng)量的基準(zhǔn)線(xiàn)，同時(shí)記錄此時(shí)施拉械上壓力表的拉力讀數(shù)。作為初讀數(shù)，并予以推算施拉至應(yīng)有拉力時(shí)的末讀數(shù)，作屬為將來(lái)施拉時(shí)控制拉力之需。

前述各項(xiàng)作業(yè)完成后，始可進(jìn)行施拉。施拉時(shí)啟動(dòng)油壓機(jī)開(kāi)關(guān)閥。千斤頂即緩緩拉動(dòng)貼于錨柱面上的鋼腱(個(gè)別施拉法)或穿有鋼腱的厚鋼鈑，由于各鋼腱已與鋼鈑鎖緊，因而施拉之拉力，即透過(guò)厚鋼鈑而均勻分布于各鋼腱承受，鋼腱受拉時(shí)，因其彈性的特性而伸長(zhǎng)，此疇時(shí)必須貫注全神于施拉械之壓力表。待其讀數(shù)到達(dá)預(yù)先計(jì)算之末讀數(shù)時(shí)。應(yīng)即停止施拉。并將拉力固定于此末讀數(shù)上，隨即于梁端端模處依前在鋼腱上標(biāo)示之基線(xiàn)，量取其伸長(zhǎng)量，以其與事先由拉力與應(yīng)變曲線(xiàn)上計(jì)算所得的伸長(zhǎng)量相印證，如兩者無(wú)誤或極為接近時(shí)，應(yīng)即視屬為恰當(dāng)，倘未達(dá)預(yù)定伸長(zhǎng)量時(shí)，應(yīng)再施加拉力，直至達(dá)到鋼腱有足夠的伸長(zhǎng)量時(shí)為止(所施拉力已達(dá)計(jì)算所需而其伸長(zhǎng)量未達(dá)預(yù)定長(zhǎng)度的原因，是因鋼腱伸長(zhǎng)時(shí)可能遭遇若干裝置摩擦而產(chǎn)生拉力損耗之故)。至此，則即認(rèn)定鋼腱上承受的拉力已達(dá)預(yù)先計(jì)算的所需，應(yīng)即完全停止施拉。如施拉端使用抓握器，應(yīng)即將錐型梢全力推擠至套筒中空之內(nèi)，以至完全將鋼腱鎖緊為止，一般多于千斤頂上裝設(shè)推擠裝置，在施拉的同時(shí)自動(dòng)推擠。如是鉚釘頭松懈時(shí)，則鉚釘頭即因施拉而自動(dòng)鎖緊于鋼鈑之上。待抓握器完全鎖緊后，始可松脫施拉器，完成施拉作業(yè)。此時(shí)的鋼腱即在兩端抓握器鎖固下，維持施拉時(shí)的拉力。 2100433B

鋼腱伸長(zhǎng)量指每根鋼腱在預(yù)應(yīng)力的作用下的伸長(zhǎng)量。在工程上，必須預(yù)先計(jì)算知道鋼腱的伸長(zhǎng)量。伸長(zhǎng)量的計(jì)算分為兩種情況：不考慮摩擦力和考慮摩擦力。

不考慮沿鋼腱的摩擦損失

若鋼腱均均一應(yīng)力

在預(yù)力超過(guò)該綱腱比例限值時(shí)。上式就不可應(yīng)用，需另參考應(yīng)力-應(yīng)變圖，求出

在鋼腱施預(yù)拉以前。常有若干定量的松弛。如用填隙版的Prescon系統(tǒng)，常計(jì)算填隙片長(zhǎng)度此松弛必需酌減。再者可能要扣除干縮于在預(yù)拉時(shí)混凝土的彈性縮短。故填隙片的長(zhǎng)度，必等于綱腱的彈性伸長(zhǎng)，再加鋼腱內(nèi)的松弛量，以及預(yù)力轉(zhuǎn)移時(shí)的混凝土縮短。相反，鋼腱的彈性伸長(zhǎng)量，必由外表伸畏量(apparent elongation)，減去初始松弛(initial slack)以及混凝士的彈性縮短而得。

此鋼腱內(nèi)的松弛量極不易準(zhǔn)確決定。因此，通常給出初始拉力

伸長(zhǎng)量=

例題：

一Prescon綱索18.3m長(zhǎng)(見(jiàn)圖1)，在一端預(yù)拉，其初始預(yù)力，剛在預(yù)力轉(zhuǎn)移時(shí)，達(dá)到1035MPa。假定在鋼索內(nèi)并無(wú)松弛。在預(yù)力轉(zhuǎn)移時(shí)混凝土干縮為0.0002。并在混凝土中的平均壓縮沿鋼腱全長(zhǎng)為5.5MPa。用

解：

鋼材的彈性伸長(zhǎng)量為：

填隙片的長(zhǎng)度為：

考慮沿鋼腱上的摩擦損失

具一定半徑R的一根彎曲鋼腱，在離開(kāi)千斤頂端某距離的骷點(diǎn)上，其應(yīng)力為：

鋼腱全長(zhǎng)L上的全拉伸量為：

例題：

一鋼腱24.4 m長(zhǎng)，若沿該圓形曲線(xiàn)上施預(yù)拉（圖2），R為31m。1240MPa的單位預(yù)應(yīng)力經(jīng)由千斤頂端施加，并獲得其總伸長(zhǎng)量為122mm。已知

解：

近似法鋼腱中平均應(yīng)力為：

正確解法給出