硬殼壩簡介

硬殼壩是用50號水泥砂漿砌塊石，80號水泥砂漿勾縫，或干砌塊石表面用混凝土澆筑一層壩殼，壩身內(nèi)部用干砌石、堆石或天然級配的砂礫石填筑而成。硬殼壩的高度不宜大于5米，壩頂單寬流量不宜大于10立方米/秒。壩殼厚度一般為0．6—1．5米，較高硬殼壩的上游面硬殼厚度可達(dá)2—3米，硬殼要承受上游水壓力，又要防止?jié)B漏。殼體成拱形，如內(nèi)部填料沉陷也不致開裂，硬殼在上下游坡腳處的厚度至少為壩高的1/5—1/6，硬殼上下游坡腳，應(yīng)設(shè)齒墻，插入基巖至少0．5米?；A(chǔ)的其他部分，清除覆蓋層即可。

壩身和兩岸結(jié)合處應(yīng)漿砌密實，下游坡腳每隔2—3米要留15厘米的排水管一根，以減少對硬殼的浮托力。壩較高時，在壩面可以加一層混凝土或鋼筋混凝土護(hù)面。

壩段較長時，最好每隔10-20米筑一道漿砌石隔墻，以增加硬殼剛度，萬一局部堰段被沖壞時，不致影響整個壩段。

硬殼壩的上游坡度，一般采用1：0.75-1：1，下游坡度一般采用1：1.3-1:3。硬殼一般應(yīng)比壩內(nèi)填料早3-4天施工，以便有一定強(qiáng)度承受來自壩內(nèi)填料的側(cè)壓力。硬殼內(nèi)填料，要用人工有規(guī)則填砌，并用水沖砂填實，避免填料沉陷大，而使硬殼開裂，影響壩身安全。

硬殼層殼體效應(yīng)

當(dāng)硬殼層的平面范圍足夠大時，一方面硬殼層的存在限制了下臥軟土向四周擠出及周圍軟土向上鼓起，使軟土層需要較大的外荷才能發(fā)生剪切變形；另一方面，硬殼層本身具有相對較大的密實度，而且有一定的剛度，因此它可以分擔(dān)荷載產(chǎn)生的一部分剪力，即在一定的荷載剪力作用下不產(chǎn)生剪切變形或變形極小，這就使得硬殼層與下臥軟弱層間的荷載傳遞方式有了一定的變化，此時的硬殼層已具有了類似于板體的作用,這種作用可稱為硬殼層的“殼體效應(yīng)”。殼體效應(yīng)可使外荷傳到較大的下臥軟土中，使其下臥軟土層的附加應(yīng)力低于按傳統(tǒng)擴(kuò)散方法計算出來的附加應(yīng)力，且分布更加均勻，分布的范圍更大。

硬殼層封閉作用

由于表層硬殼層的應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，限制了下覆軟土的鼓起和剪切變形，因此軟土地基的剪切破壞變形將需要較大的外部荷載。在外部荷載隨時間變化而增大的過程中，下覆軟土地基中的應(yīng)力分布以及大小也隨之發(fā)生了變化，上覆地基中產(chǎn)生了較大的水平壓力，即硬殼層的封閉作用。由于地表硬殼層的封閉約束作用，外部荷載作用到硬殼層上后，會使軟土層中產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力影響范圍，在此影響范圍內(nèi)的應(yīng)力將進(jìn)行重新分布，產(chǎn)生應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象。隨著硬殼層厚度的增大，相對剛度增大，其應(yīng)力擴(kuò)散作用越明顯。

荷載越大,硬殼層的封閉作用越好。

硬殼層反壓保護(hù)作用

在公路、鐵路施工后期，隨著路基中心部位附加應(yīng)力的不斷增加，路基邊坡坡腳外側(cè)的上壓力也開始增大，下覆土體的側(cè)向變形開始增加，而硬殼層的上覆壓力以及自重壓力，對下覆軟土的側(cè)向擠出形成了明顯的抑制作用，表明硬殼層在此時起反壓保護(hù)的作用。

硬殼層沉降滯后作用

關(guān)于硬殼層作用的另一看法是硬殼層對沉降的滯后作用，它降低了沉降速率，對沉降不利。假如填土荷載較大，而硬殼層又較薄，形成的沉降盆幾乎完全破壞了硬殼層的支撐力，這時滯后效應(yīng)將會明顯；相反,硬殼層較厚、荷載低，支撐作用將會是主要的。實際上，大多數(shù)情況下沉降盆對硬殼層的破壞是微小的，所以滯后效應(yīng)并不明顯。

1.對于軟土地基硬殼層存在時，應(yīng)充分利用硬殼層的作用，當(dāng)路堤自重不超過具有硬殼層的軟土地基的臨塑荷載時，這樣的軟土地基可不進(jìn)行處理，這既節(jié)省資金，也可以加快工程進(jìn)度。

2.軟土地基硬殼層對沉降的影響或者說所起到的應(yīng)力擴(kuò)散作用是有條件的，即路堤高度小于極限高度時有作用，超過極限高度時無作用。當(dāng)填高超過極限高度時，沉降速率明顯加大。

3.通過硬殼層將應(yīng)力擴(kuò)散到更大的面積，使下臥不良土層承受應(yīng)力盡量減輕。增加硬殼層的厚度可以有效減小路基頂面由荷載作用而產(chǎn)生的壓應(yīng)變，隨著硬殼層的增加可以有效減小各種荷載作用下路基的殘余變形。2100433B

由于人們對這一特殊保護(hù)層認(rèn)識的不足，工程實踐中并沒有充分利用，而是采取了破壞硬殼層的措施，采取工程中一般的軟土地基的處理辦法，如砂井排水固結(jié)法、化學(xué)加固法、換土法等，使工程費用耗資巨大。

一般是軟土的天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1，不排水抗剪強(qiáng)度小于20kPa；交通部《公路軟土地基路堤設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-96)規(guī)定軟土的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：軟土的天然含水量大于等于液限，天然孔隙比大于等于1，不排水抗剪強(qiáng)度小于20kPa。

相應(yīng)的軟土地基硬殼層的劃分指標(biāo)應(yīng)該為：軟土的天然含水量小于液限，天然孔隙比小于1，不排水抗剪強(qiáng)度大于等于20kPa。