根据数学模型模拟计算研究分析成果,东堤深槽龙口保护期、收缩期和截流期在对应设计潮型下的极值流速大多在6m/s以上。根据上海地区的经验,截流过程中龙口流速超过3.5m/s,常用的吹泥管袋常规工艺难以实现。在流速超过不多的情况下可考虑将龙口的截流过程分两个阶段:第一阶段为截流戗堤截流,采用抗冲能力高的材料(如抛石、大块体、网笼等),以初步断水和大大降低龙口范围流速;第二阶段为充泥管袋闭气完全断水截流并成堤。这个方法俗称“燕子窝”截流法,又叫双戗堤截流法。由于流速过大,研究表明此法不适用于青草沙水库工程。
研究人员对抛石网兜截流、框架插板截流、钢框笼抛石截流、桩架截流和桩式子堰等截流方案进行了综合比选,认为钢框笼抛石截流方案最为可行。钢框笼抛石截流方案是以框架为截流坝支撑骨架,框内抛石。龙口900m范围拟分两种戗堤截流断面,即在龙口中间底宽800m、底高程-4.0m范围全线采用框笼抛石截流,两侧各50m(底高程-4.0m)段采用网兜石戗堤截流。采用乘小潮或大潮平潮时段向预先放置并形成稳定的框笼内抛石形成戗堤。可采用先平堵后立堵的组合堵口方式,也可采用分层平堵的单一堵口方式。
框笼结构研究了钢结构和钢筋混凝土两个方案,主要考虑了钢筋混凝土和型钢两种结构形式,钢筋混凝土结构自重大、结构稳定性好,但制作周期长、安装难度大;相对而言型钢结构在制作和吊装上有一定的优势,因此推荐采用大型钢结构。
大型钢框笼的作用是提高截流抛石的整体稳定性,应具备如下几方面条件:能够在水上快速吊装安放就位,框笼自身稳定性好,即要求阻水小,初期压载石需求少;框笼与龙口护底“连接”好,抗滑抗倾性能好;满足吊装和抛石戗堤各工况的结构强度要求。对各工况分析计算后提出钢框笼尺寸为:横向顶宽10m,底宽12m,纵向长10m,高7.5m。钢框笼上下游两侧设钢筋网格,防止抛石流失。采用[40a、[32a、[25a、扁钢30×200及直径20钢筋制作。
框笼断面形式为:在顺水流向立面采用有利于自身稳定的梯形断面,顶宽10m,底宽12m。既能增大接触面、提高抗滑能力,又能增加框笼的抗倾覆能力,稳定性比矩形断面好。计算和试验表明,空框笼稳定的流速在2m/s左右;要满足度大潮汛约6m/s流速的工况,框笼内应先抛石约2m厚;为满足初期2m厚抛石不从侧面滚出影响后续框笼的安放,框笼外侧立面下部设有3m高、25cm×50cm间隔的钢筋网。考虑到框笼安放不可能紧密且平整对齐,为防止抛石从相邻框笼接缝中滚出,在框笼侧面靠近迎流面约2m宽范围内设钢筋网。框笼顶部除斜向支撑外,顺龙口方向布置2条角钢,以便于框笼顶部搭设简易交通便桥。
框笼是否设“底”是研究讨论的焦点之一。有底的框笼在框内压重作业下抗倾和初期稳定性更好,但有“底”之后框内抛石与龙口护底不直接接触,不能形成抛石与护底相互咬合的状态。而无底框底部可按块石堆内部,摩擦系数更大。并且,有底之后框内抛石重量全在框结构上,对护底整平要求极高,框笼的自身受力复杂,因此采用无“底”结构更合理。即在满足整体强度要求的条件下,框笼底面上仅设框周和6道加强件,形成12个2.5m×4.0m的框格,便于笼内抛石与龙口网兜护底块石之间的咬合,可增加整体抗滑稳定性。
为防止初期抛石在水流作用下向下游侧滚动,在框笼顺水流向(12m)-1.0m高程以下分3仓,设钢筋网片防块石滚动。(www.xing528.com)
图3-21 截流钢框笼结构示意图
截流钢框笼结构示意图见图3-21。
框笼安装的平整度对其稳定性有影响,因此对龙口护底的如何整平也是重要研究的内容。但龙口护底施工大,水上整平极其困难,而且工期很长,整平后的实际情况难于检测,因而提出另一个思路是将框笼的四条脚设计成可调节的,或加装液压调节油缸,就地调平,或针对每只脚具体位置的实测高程,框笼吊放前现场接长或截短,两种方法具体操作都有不小的难度。现场框笼吊放试验发现,尽管护底平整度不尽人意,但因框笼尺度较大,不平整产生的影响对框笼稳定的影响并不明显,因此实际施工时仅对护底局部高差较大的地方适当抛石填平,未采取其他措施。
框笼抛石截流戗堤断面形式见图3-22。
图3-22 框笼抛石截流断面
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