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1、广东水利电力职业技术学院学报第3卷第2期JournalofGuangdongTechnicalCollegeofWaterVol.3No.22005年6月ResourcesandElectricEngineeringJun.2005土坝坝内顶管施工浆砌石后座墙设计实例吕胜尧(广东省水利厅,广东广州510150)摘要:后座墙是承受顶管推力之反力的墙体,为确保后座墙在推力作用下不产生滑动、剪切或倾覆破坏,不产生明显的压缩变形,计算出顶管总推力的大小以确定后座墙断面设计,并通过验算来验证其是否符合设计要求。关键词:土坝;顶管;后座墙;设计中图分类号:TV2
2、22文献标识码:A文章编号:1672-2841(2005)02-0043-03顶管是一种常见的无开挖铺设地下管道施工技术,在水利工程建设中也得到了广泛应用。顶管施工通常由工作坑和接收坑、洞口止水装置、掘进机或工具管、主顶装置、顶铁、基坑导轨、后座墙、出土设备、起吊设备、测量设备、注浆系统、供电照明系统、其它辅助设备等部分组成。其中,后座墙是承受顶管推力之反力的墙体,其结构尺寸根据力学平衡分析计算确定。1工程概况图1土坝下顶管施工布置图(剖面)我省粤东地区某等中型水库,是一宗以灌溉为主、结合防洪、发电的综合性利用工程,亦是省重点中型病
3、险水库之一。水库枢纽工程由主、副坝及泄洪闸、输水涵管、电站等组成。主坝长142m,最大坝高32.5m;副坝长155.0m,最大坝高7.5m。除险加固工程项目包括主副坝加固、泄洪闸改建、引水工程改建等。其中引水工程改建项目中需新建一条穿越主坝坝体的引水钢管,要求采用顶管技术施工。钢管内径1.5m,管壁厚18mm。钢管穿越的土层为原坝体石英砂质粘土,施工期间水库已放空。图2后座墙静力平衡分析工程施工布置考虑了现场水源、电源、交通、排水、出土、防洪、施工干扰等因素后,将顶管工作坑选择布置在下游坝根据油压千斤顶布置的高度,确定F作用点,调整后座脚处,如图1所示
4、。墙的埋深,使EP的作用点略高于F作用点。2后座墙设计为确保后座墙在推力作用下不产生滑动、剪切或倾覆破坏,不产生明显的压缩变形,取安全系数1.2~1.6,即被动土由后靠板、后座墙及墙后土体这三者组成顶管的后座,压力EP应为反力F的1.2~1.6倍。后座墙的高度根据被动必须能完全承受顶管总推力的反力,静平衡受力分析如图2。土压力EP的大小进行初步拟定。假设总推力为F,墙后土体的被动土压力为EP。2.1顶管总推力F计算本工程钢顶管穿越的土层为人工素填土,且无地下水影响,管径1.5m,管前挖土及出土仍较方便。因此,决定采用手掘式顶管法,单向顶进,施工过程不
5、考虑采用管外壁注浆收稿日期:20041116减阻。作者简介:吕胜尧,国家注册监理工程师,主要从事水利水电为有利于防渗,管前挖土不得超挖,并预留不少于5cm工程设计、施工监理工作。厚土层(即导洞开挖直径不得大于1.4m),在顶管过程中由44广东水利电力职业技术学院学报第3卷工具管切削。因此,顶管总推力应克服工具管切土阻力和管外壁与土壤间的摩擦阻力。对于手掘式顶管,可采用如下经验公式求出总阻力:F1=F0+RSL(1)式中:F1为总阻力(kN);F0为初始推力(kN);R为综合摩阻系数(kPa);S为管外周长(m);L为推进总长
6、度(m)。各种土质的F0及R值,参见表1。表1地基土参数土质软土砂夹粘土砂夹粉砂中细砂砂砾F0(kN)70~9090~17050~7040~70100~200R(kPa)88101220图3后座墙断面尺寸拟定本工程工具管与引水钢管规格相同,管道所通过的土层为坝体石英砂质粘土,含水量大,结构较松散。根据上表选2.3后座墙断面验算取F0=100kN,R=8kPa。管外周长S=4.82m,推进总长度L(1)墙后被动土压力校核=102m,由此计算得总阻力F1=4033kN。图3拟定的断面型式与最初的假设并不完全相符。现实际施工时,选用了2台3200kN
7、的油压千斤顶,实际顶用库仑公式对墙后被动土压力进行校核:推能力达到6400kN,推力储备接近总阻力的1.6倍。12在钢顶管施工过程中,如果所需的总顶推力超过钢管所Ep=2rHKpB(4)能承受的最大推力,钢管有可能产生变形破坏。为此,需按式(2)验算钢管所能承受的最大推力。2cos(+)Kp=(5)2sin(+!)∀sin(+∀)2cos∀cos(-!)[1-]cos(-!)∀cos(-∀)F2=fy(D+t)t(2)式中:为填土内摩擦角,库仑公式用于粘质土时,用等式中:F2为钢管所能承受的最大推力(kN);D为钢管内值内摩擦角D代替。D按
8、GB5028-98#堤防工程设计规范∃径,本工程D=1.5m;t为钢管壁厚,本工
