欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

格形结构散体填料

309 2021-12-21 11:04:38

格形结构建筑物所涉及的散体填料一般包括∶ 格内填料,减压棱体填料,倒滤层料,后方回填料,基础置换料及护底,护道材料等部分。因为散体填料的工程量大。往往在工程造价中占很大的比例。在格形钢板桩结构建筑物中,特别是格内填料及后方回填料,因在结构工作中或直接参与抗剪或直接左右作用在格体上的水平力的大小,因而,其质量好坏也至关重要。因此在工程设计中应根据具体的结构要求,经济合理性与现场材料来源的情况综合考虑,慎重地选择构造方案。

一、格内填料

无论从提高结构抗剪切变形性能,还是从降低板桩锁口张力的角度考虑,都希望格内填料的力学性能良好。工程中可根据材料来源、价格、质量几个方面的因索择优选用。但从目前国内外的实践情况看,格内填料多数采用中砂或中粗砂,这主要是出于施工方面的考虑,当采用砂作为格内回填料时,通常可使用机具机械化填筑,施工速度快,格体施工期不稳定时域短。故应优先考虑。当现场砂料不足时也可以考虑采用级配良好的石料填充格体,使用块石作格内填料。 内摩擦角有所增加, 由于需要人工水上抛填。施工速度较慢,并且在抛填过程中,大块石对钢板桩及其表层防腐涂料也可能有一定的损坏作用、从这方面考虑块石的单块重量不宜超过 50kg。关干粘性土作为格内填料的问题,一般的看法是∶ 由于粘性土填充的格体在计算理论方面尚有许多不明之处,并且由于粘性土的塑性大,作为受力结构材料来使用,将产生较大的变形,因此格内填料应尽量避免采用粘性土。如不得已非采用不可时,则应通过模型试验、实体试验等进行充分的论证,取得其抗力、变形等确实的依据。

二、减压棱体填料

在格形钢板桩结构建筑物中,由于不存在壁体漏砂问题,故格后的抛石棱体主要是为了. 减小土压力。从减小土压力的经济效果来看,作为格形结构,由于它的稳定性大部分是靠格内填料的自重,因而设置减压棱体的效果可能不那么显著,特别是当地石料比较缺乏时,造价可能反会上升。但从技术的角度来看,由于格形壁体的尺度主要是由其抗剪切变形稳定性决定的,对水平荷载相当敏感,过大的水平力往往导致格体计算尺度超大,格体超大虽然经济指标并无显著的变化,但施工却可能遇到难于克服的困难,在这种情况下,减压棱体的设置与否常常对方案的可行性起决定性的作用。总之。是否设置减压棱体应综合技术、经济两方面的因素确定。通常在格体尺寸不是很大的建筑物中,可不设减压棱体。从国外的情况看,设置减压棱体的实例很少,分析其原因可能是目前已有的建筑物均属中小型,并且像日本、德国这样的国家施工能力一般较强, 尚未遇到格体尺寸过大造成的施工技术问题。另一方面则可能对大块石抛填时对钢板桩的损坏问题存在疑虚。 对此。作者以为∶ 一方面用作减压棱体的石料块重较小,一般不超过 100kg,另一方面由于是水下抛填,块石不仅受到浮托力并且受到较大的流体阻力,下落的速度较慢,且是竖向下落,估计对钢板桩的损伤问题不大。并且在建筑物建成之后,后排板桩均埋在填料内部,局部损伤造成的强化腐蚀作用也不是很严重。作者参与设计的深圳盐田港5万吨级集装箱码头中即采用了减压棱体,有效地缩小了格体尺寸,大大减小了施工难度。该码头目前已竣工,状态良好。

减压棱体填料的要求同一般结构形式中基本一致,通常选用当地量大、价廉、质轻、内摩擦角大和比较坚固的材料。当选用块石时,单块重量以不超过 100kg 为宜,而其级配与质量可不必要求过于严格,在水平浸泡不发生软化、破碎即可。

减压棱体的断面一般采用梯形或锯齿形,尺寸按减压范围及主动破裂面确定,见图2.1.1.

image.png

锯齿形比梯形断面减压棱体填料用量少,但施工工序多,影响工期且质量不易保证,除非墙体很高目棱体填料单价较贵。可不考虑该形式。 当采用锯齿形时、 下级棱体的宽度也不宜过小,以超过墙后主动破裂面并保证后方填料区的第二主动破裂面内有一半以上的棱体填料区为宜。此外,锯齿形也不宜多于两级,最多不超过三级,每级棱体以不小于 5m 高为宜。

棱体外坡度通常可选用棱体填料的水下休止角,对块石一般取用 1∶1。棱体顶面一般可与格体顶面齐平或略高,以便倒滤层的施工。

三、倒滤层

为了隔离不同粒径的填料,防止细颗粒填料流失,在减压棱体预面和坡面,格内回填大粒径填料时的格体顶面、 胸墙变形缝的后面均应设置倒滤层。 倒滤层的设置应根据所要隔离的两种填料的粒径确定,当两种填料粒径差异小时可不分层铺设,否则,最好分层铺设。但无论采用哪一种,在块石与倒滤层之间均应铺设一层二片石,以防止倒滤层材料漏入块石的缝隙中。分层倒滤层一般由碎石层和瓜米石、石屑或粗砂层组成。不分层倒滤层一般采用天然级配较好的砂卵石、石场石碴或其它天然材料。也可以采用人工级配碎石或碎石机破碎后不经筛分的碎石,倒滤层的坡度可按材料的水下休止角确定,碎石一般采用1;1.25~1∶1.4.粗砂一般采用1;1.3~1;1.5,当施工期可能遭受波浪作用时应适当放缓。常规的倒滤层构造见图2.2.2。

近年来有的工程采用化纤编织布或无纺土工布来代替倒滤层。目前存在的主要问题是这种化纤编织布或无纺土工布的局部冲击强度和老化。有待于进一步研究。如能推广应用,具有很大的经济意义。

image.png

四、后方回填

在不设减压棱体的情况下,后方回填料的选择应适当考虑填料的力学特性,以土压力较小为原则。设减压棱体时,后方填料则可以不过分严格地要求,只要来源充足、取填方便、回填后易于密实、有足够的承载力即可,通常的砂、块石、开山石碴、山皮土或炉渣等均可采用。有分层夯实或辗压条件时,水上部位甚至采用粘性土、建筑残土或垃圾土回填也是可以的。

五、置换基础

在海底面以下表层土质过差,难于形成对板桩起码的嵌固作用时。为了不加长板拼的人土深度,可考虑置换一定的原土或补填一定厚度的填料,由于钢板桩要在置换回填后进行沉桩,故回填料粒径不宜太大,以免造成沉桩困难。一般采用中砂最好。置换基础厚度及肩宽应根据原弱土层厚度及板桩的嵌固要求确定,厚度一般以 2~5m为宜,前肩宽不宜小于2 倍基础厚度,后肩宽不宜小于1倍基础厚度。基础的明、暗坡坡度可根据填料的稳定坡度及原土层的开挖坡度确定。当考虑使用期格体前方被动土压力时,置换基础的前肩宽应放宽至被动破裂面以外。

六、护底及护道

为防止冲刷而设置的护底,其范围应视底流的成因而定,如为波浪底流,护底宽度可取设计波长的1/8~3/8倍;如为潮流则应根据保护的要求确定护底范围,通常不宜小于格前被动破裂面的出坡点。由于格形钢板桩结构的外沿线是不规则的,从施工的角度出发,护底不宜采用人工块体而一般采用大块石,块石重量可根据底流速按现行港工规范确定,护底层一般取用 2层大块石厚度,但不应小于0.5m。当护底块石重量很大时,应考虑在护底层下面铺设过渡的块石垫层,垫层块石的粒径可取用护底块石的1/3~1/2。

在围堰等挡水建筑物背水面增强整体稳定性及防渗而设置的护道,其构造应根据稳定针算模式及渗流计算情况而定,无特殊要求。