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地下轮廓

2020-04-09 21:01

挡水建筑物基底的不透水部分及其防渗设施(包括铺盖与板桩等)与透水地基的接触线。地下轮廓是地基渗流区的上部边界线或第一条流线。图1为土基上的水闸,上游铺盖、水闸底板及板桩等与透水地基的接触线a→b→c…i→j→k,即为地下轮廓。

图1 地下轮廓示意图

1—铺盖;2—板桩;3—闸底板;4—护坦;5—反滤层;6—排水孔;7—流线;8—等势线

闸坝建成挡水后,在上下游水头差作用下,水通过地基土的孔隙从上游渗往下游。渗流的存在不仅对底板产生铅直向上的渗透压力,降低闸坝的抗滑稳定性,还能导致地基土产生渗透变形(参见管涌与流土),甚至使整个建筑物遭到破坏。地下轮廓设计的任务即是在分析地基渗流运动特性的基础上,合理地选择和布置防渗排水设施,以降低渗透压力和控制渗透比降,保证建筑物安全可靠地进行工作。

地下轮廓长度

又称渗径长度。大量实践经验表明,土基上挡水建筑物的地下轮廓线长度(L)与上下游最大水头差(H)之比,应大于等于某一数值,才能防止地基土产生渗透破坏,即

L≥CH

式中,C为渗径系数,其值与地基土的类别和渗流逸出处有无设置反滤层有关。这一确定地下轮廓线长度的方法亦称为渗径系数法。

地下轮廓的布置原则和需注意的问题

地下轮廓布置采用滞渗与导渗相结合的原则。通常在挡水建筑物的上游侧布置防渗设施(如铺盖、板桩及齿墙等),用以增长渗径,减小渗流平均比降;在下游侧适当位置布置反滤排水设施,顺畅安全地排出渗水。这样既有利于控制建筑物基底的渗透压力,又有利于确保地基土的抗渗稳定性。进行地下轮廓布置时还需注意以下几点:①垂直防渗设施较水平防渗设施效果显著。②垂直防渗设施位于建筑物底板上游端可显著减小基底上的渗透压力;位于下游端可显著减小出逸比降,但将加大基底上的渗透压力。③如布置两道以上的板桩,相邻板桩的间距应不小于其长度的总和,否则将影响防渗效果。

地下轮廓的主要布置形式

挡水建筑物地下轮廓的布置形式与地基土的性质有密切关系,对于不同的土质条件,有以下4种主要布置形式。

(1)仅有水平防渗设施(铺盖、浅齿墙等),见图2(a)。该形式为黏性土地基地下轮廓的基本布置形式,也可用于砂性土地基上的中小型水闸工程。

(2)铺盖与悬挂式板桩或防渗墙相结合,见图2(b)。适用于深度较大的砂性土地基。

(3)截流板桩或防渗墙截断透水层,见图2(c)。适用于透水层深度不大的地基。

(4)底板上、下游均设置板桩或防渗墙,见图2(d)。适用于粉细砂地基,特别是双向挡水的情况。

图2 地下轮廓布置形式示意图

1—混凝土铺盖;2—混凝土或黏土铺盖;3—闸底板;4—闸门;5—反滤层;6—板桩或防渗墙;7—排水孔;8—护砌

地下轮廓设计

首先运用渗径系数法初步估算所要求的渗径长度;再根据所设计挡水建筑物的工作特点和地基土的特性,并参考已建工程的经验,选定地下轮廓布置形式以及各部分尺寸;然后进行渗流计算,求出作用于建筑物基底的扬压力和渗流在水平段、出口段的渗透比降,验算建筑物的整体抗滑稳定性与地基的抗渗稳定性。如验算结果不满足规范要求,则需修改地下轮廓并重新计算,直至符合规范要求为止。

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