墨
塑兰塑三
查型垒丝墨鲎墨:至Q!Q圭笙!!塑
卸荷平台任空箱式挡土墙中的应用比较
唐
洁
(上海勘测设计研究院200434)
【摘要】将卸荷平台运用于普通空箱式挡土墙中,通过对比计算可以看出,卸荷式挡土墙可缩短挡墙底板宽度,减
少工程开挖宽度,节约工程量。
【关键词】卸荷l前言
空箱式挡土墙应用比较
表1
土的重度y
墙后回填土基本资料
粘聚力C(kPa)
O0
挡土墙在水电站、水闸、泵站及各种渠系建筑物工程中有着广泛的应用,几乎在所有的水工建筑物设计中都会遇到挡土墙的设计内容。水工挡土墙有多种结构型式,其主要和常用的结构型式有重力式、衡重式、半重力式、悬臂式、扶臂式、u形结构、板桩式和空箱式等。在墙后挡土较高的土质地基往往采用空箱式,通过调节空箱内的填土可以减少地基平均应力及应力比。
因墙后挡土高度大,产生的土压力较大,设计时往往将底板加宽,这将增大基底的开挖宽度,扩大开挖的影响范围,增加工程量。如果将卸荷平台应用于空箱式挡土墙中,可以大大减少墙后土压力,在保证工程安全的条件下,达到减少底板宽度、节约工程量
的目的。
工况项目
(kN/m3)
1819.5
内摩擦角妒
(o)
2825
朗肯主动土压力系数乜
0.361O.406
水上水下
注表中丘=tan(45。一们)
表2
计算工况
墙前地下水位
(m)无水
10.25
墙后地下水位
(m)无水
10.75
墙后活载(kPa)
55
完建期低水位
3原空箱挡土墙设计3.1设计剖面
原方案下游翼墙为普通空箱式翼墙,空箱内填土至高程12.00m,空箱前墙和后墙的排水孔用排水管连通,空箱内不进水。设计平、剖面图见图I。3.2设计荷载计算
完建期的荷载包括自重、土重和墙后土压力,低水位工况的荷载包括自重、土重、水重、静水压力、扬压力和土压力。荷载简图见图2,计算结果见表3。4带卸荷平台空箱挡土墙设计4.1设计剖面
为减少墙后土压力,带卸荷平台的空箱式挡土墙在原方案的临土侧悬挑出卸荷平台。为减少空箱的地基承载力,便于调节地基应力比,以卸荷平台以下、底板以上部分作为空箱,空箱临水侧设通水孔和排气孔,临土侧设排水孔,在运行工况下空箱内可进水,以调节
下面以某工程的下游空箱式翼墙为参照,按照相同的设计参数分析卸荷空箱式挡土墙,并计算工程量。2基本资料2.1地质资料
某泵站进水池宽50.7m,底板顶高程3.85。5.00m,两岸填土高程为16.00m。进水池两岸直线对称布置下游翼墙,下游翼墙底板顶高程设为4.00m,底板厚0.7m,墙后挡土高度为12.7m。属1级建筑物。
底板地基土为⑦层粉质粘土,粘聚力C=41kPa、内摩擦角cp=150。墙后采用混合土回填,填土指标见表1。空箱内填土按未压实考虑,取17kN/m3。2.2计算工况及水位组合
工程位于6度地震区,根据以往工程经验分析,选取低水位、完建期作为控制工况。对结构进行稳定分析,计算工况及水位组合见表2。
万方数据
唐洁/卸荷平台在空箱式挡土墙中的应用比较
隅50扣0一鲫罪…一螋一一嚣
避水池翻
圈
●——
萤
塞二=
116.∞l
墓
L
1n
要二
§
__
塞
一
—
L_
一
一
8:
二_
凹24605…002420唧2伽即2460.仰”
。1
1≤粕
¨
l一
图1下游翼墙平、剖面图(空箱式)
(a睹U面图;(b)平面图
表3下游翼墙(单米)荷载计算结果
单位:kN
竖向力
静水压力
扬压力
土压力
工况
完建期3292547低水位
3521
36
1152
5cr7
不同工况下地基的应力比和抗滑稳定安全系数。根据设计低水位,考虑卸荷平台下部空箱运行期内全部充水,卸荷平台的底面高程为10.5m,板厚0.5m。通过计算,将底板调至13m宽,底板厚度与原空箱相同。设计平、剖面图见图3。
根据朗肯土压力理论,当挡土墙背离土体移动时,墙后填土内将相应地产生剪力,墙后土体中的应力处于主动极限平衡状态,土体内产生的剪切面(破裂面)与水平面的夹角0=450+自v/2(妒为墙后填土内摩
万方数据
9
"16.00
殳!生鲤凹填土
口12.00
\
\
笳铲\
填土
\
一
…\
v3.30
衄Ⅱ】]砌
69.14kl瞳
74.5k_Pa
7^skPa
(b)
图2下游翼墙荷载图(空箱式)
(a)完建工况;(b)低水位工况
擦角)。为达到完全卸荷的目的,卸荷平台悬挑出长度
为L=H挡土tan(45。一妒/2)=6.7xtg(45。一25。/2)=4.27m,
取4.3m。4.2设计荷载图
在计算土压力时(见图4),平台以上日,高度内,可按朗肯理论计算土压力分布。由于平台以上土重已由卸荷
台承担,故平台以下墙背所受的主动土压力只与平台以
下填土重量有关。故平台下的土压力为
P。2=’H擞B
式中7——墙后填土容重,地下水位以下取浮容重;
日2_一卸荷平台下的挡土高度;
K,一朗肯主动土压力系数。
完建期与低水位工况下作用在挡土墙上的荷载类别与原普通空箱相同。荷载简图见图5,计算结果
见表4。
5稳定及地基应力计算对比分析
基础底面与土质地基之间的摩擦角‘po=0.却(妒为地基土内摩擦角);基础底面与土质地基之间的粘聚力Co=0.25C(C为地基土粘聚力)。两方案计算的稳定及地基应
10
.孽_二二画拦竺二霹珂叫■掣一一・l羽地、一一亚—蜩H’]
型1螋’
它壁遗壁野
图3下游翼墙平、剖面图(卸荷式J
(a)剖面图;(b)平面图
氐j
巴===土J
匕
图4带卸荷台的挡土墙土压力
表4下游翼墙(单米)荷载计算结果
单位:kN
竖向力
静水压力
扬压力
土压力
工况
J
完建期2425274低水位
1894
36
432
232
力计算结果见表5、表6。
从计算结果可知,与普通空箱挡土墙相比,卸荷式空箱挡土墙抗滑稳定安全系数更大,平均地基应力小。虽然
万方数据
唐洁,卸荷平台在空箱式挡土墙中塑廛旦些墼
理聪甑~
(b)
图5下游翼墙荷载图(卸荷式)
(a)完建工况;(b)低水位工况
裹S
稳定及地基应力计算结果(空箱式)
抗滑安
平均地基
基底综合
工况应力比允许值
全系数
允许值
应力(kPa)
磨擦系数
完建期
1.73
1.35202.981.302.00O.29低水位
1.35
1.35
147.52
1.08
2.oo
013l
表6
稳定及地基应力计算结果(卸荷式)抗滑安
平均地基
基底综合
工况
允许值
应力比允许值
全系数
应力(kPa)
磨擦系数
完建期2.6l1.35186.532.522.00O.30低水位
2.83
1.35
167.82
2.55
2.00
O.30
卸荷式应力比超过允许值,但挡土墙重心偏临土侧,在考虑被动土压力的情况下,亦可满足要求。6工程量计算对比分析
根据当地施工经验,土方开挖边坡为l:3。钢筋按照含筋率80kg/m,计算。通过计算可知,卸荷式方案单米工程费用比原空箱式方案节省7%。工程量计算见表
7、表8。7结语
通过计算对比可以看出:在完全卸荷的情况下,带卸
唐洁/卸荷平台在空筘叁丝兰壅主鲍壁旦些筮
表7
序号
123
4
下游翼墙单米工程量(空箱式)
项
目
单位
1113
表8
序号
l
下游翼墙单米工程量(卸荷式)
项
目
单位
n13
t
数量
44.98O.29657.831117.131.60
单价(元)费用(元)
368.115685.26.899.54368.66
16557164245321065759033979
数量
44.30O.28577.06
单价(元)
368.1l5685.26.899.54368.66
费用(元)
16308
1617
混凝土钢筋开挖回填C25素混凝土垫层
混凝土
钢筋
t23
4
o
t
开挖回填
C25素混凝土垫层
I一
t
397690ll4793139l
944.50
1.30
5
rn3
5
m3
合计合计
荷平台的空箱挡土墙能将墙后土压力减少近50%,底板的宽度减少3111工程费用节约7%。卸荷式方案在同等条
件下优于空箱式方案,尤其是在施工场地受到限制的情况下,则更显优越性。A
夺・夺・夺・・争・夺・夺・—争・夺・・争・专H}・夺・夺・4-・夺・4-.4-・t争-t}-夺・寺一4,-4:-—}・夺.夺・毒,・专・寺・寺—}・夺・夺・夺啼・夺・夺-4--夺・寺・・夺・夺・夺・—争・夺・夺・(上接第54页)机和钢丝刷清除预留槽内污渍及杂物,对槽内有明显缺陷的部位,用环氧树脂砂浆填平密实或磨削凸起。待槽内清洗干净后,再用棉纱擦净晒干或用喷灯喷干,经监理工程师验收合格后,安放PVC棒并在缝面上涂刷粘结剂,涂刷粘结剂后静等时间根据气温现场试验确定,达到静等时间后即可填塞SR塑性填料,填料切成条状压入槽内,分层填塞、挤压和锤击密实,填到设计规定的形状。施工时粘接的搭接长度不小于10mm,接头部位挤压和锤击密实。遇雨、雪天气停止施工。粘贴好填料的混凝土24h内禁止水流通过,并注意保护不受破坏。
3.7.4
b.混凝土搅拌系统,采用电子计量系统,准确控制混凝土生产过程中的计量、温度、湿度,保证混凝土的生产
质量。
c.面板施工前,做好混凝土级配试验,根据面板混凝土各项性能要求,面板混凝土掺用防裂剂、引气剂及高效减水剂,优选最佳施工级配。
d.严格控制仓面混凝土的浇筑工艺和滑模滑升速度
及工艺。
e.选择适宜温度季节浇筑面板混凝土,高温和严寒天气停止施工。
f.在混凝土脱模后2~4h内表面覆盖一层塑料薄膜,再加盖毡毯养护,毡毯搭接不小于10era,经常洒水养护。
g.冬季施工要严格检测寒潮袭期和日气温变幅大等异常情况。
h.在坝顶部安装一根通长多孔水管,连续洒水养护至面板蓄水为止。
5
SR盖片施工
SR塑性填料经监理工程师验收合格后进行SR盖片施工覆盖,SR盖片施工由盖片的内面向下与SR填料紧密结合,并用橡胶榔头打实,两边通过膨胀螺栓固定到混凝土上。混凝土表面不平整时,应用SR塑性填料找平,形成完整的密封体。3.7.5沥青杉木板安装
沥青杉木板安装之前,缝面要清理干净,并使缝面平整、密实、干净和干燥,保证安装的沥青杉木板紧密结合。在使用前木板先刨光,然后经热沥青浸泡防腐处理,安装在周边缝趾板、面板与岸墙接缝及面板与防浪墙接缝等缝面上。
4混凝土面板防裂措施
为防止混凝土面板出现裂缝,采取以下防裂措施:a.严格控制混凝土原材料的质量,加强取样试验和检查,发现不合格的材料坚决不采用。
结语
在枫坑水库混凝上面板施工过程中,严把原材料质
量关,选择适宜温度季节浇筑面板混凝土。通过采用科学的施工管理方法、先进的施工工艺和质最控制措施,取得了较好的效果。施工中共对浇筑混凝土抽检试块21组,从28天混凝土抗压试块结果来看,最低强度值为31.4MPa,最高强度值为37.3MPa,满足设计要求;指标抗渗及抗冻等均能满足设计要求。
枫坑水库于2010年3月底通过蓄水验收顺利下闸蓄水,并经过了汛期强降雨及高水位的考验,经大坝安全监测系统观测分析,大坝运行正常。A
万方数据
墨
塑兰塑三
查型垒丝墨鲎墨:至Q!Q圭笙!!塑
卸荷平台任空箱式挡土墙中的应用比较
唐
洁
(上海勘测设计研究院200434)
【摘要】将卸荷平台运用于普通空箱式挡土墙中,通过对比计算可以看出,卸荷式挡土墙可缩短挡墙底板宽度,减
少工程开挖宽度,节约工程量。
【关键词】卸荷l前言
空箱式挡土墙应用比较
表1
土的重度y
墙后回填土基本资料
粘聚力C(kPa)
O0
挡土墙在水电站、水闸、泵站及各种渠系建筑物工程中有着广泛的应用,几乎在所有的水工建筑物设计中都会遇到挡土墙的设计内容。水工挡土墙有多种结构型式,其主要和常用的结构型式有重力式、衡重式、半重力式、悬臂式、扶臂式、u形结构、板桩式和空箱式等。在墙后挡土较高的土质地基往往采用空箱式,通过调节空箱内的填土可以减少地基平均应力及应力比。
因墙后挡土高度大,产生的土压力较大,设计时往往将底板加宽,这将增大基底的开挖宽度,扩大开挖的影响范围,增加工程量。如果将卸荷平台应用于空箱式挡土墙中,可以大大减少墙后土压力,在保证工程安全的条件下,达到减少底板宽度、节约工程量
的目的。
工况项目
(kN/m3)
1819.5
内摩擦角妒
(o)
2825
朗肯主动土压力系数乜
0.361O.406
水上水下
注表中丘=tan(45。一们)
表2
计算工况
墙前地下水位
(m)无水
10.25
墙后地下水位
(m)无水
10.75
墙后活载(kPa)
55
完建期低水位
3原空箱挡土墙设计3.1设计剖面
原方案下游翼墙为普通空箱式翼墙,空箱内填土至高程12.00m,空箱前墙和后墙的排水孔用排水管连通,空箱内不进水。设计平、剖面图见图I。3.2设计荷载计算
完建期的荷载包括自重、土重和墙后土压力,低水位工况的荷载包括自重、土重、水重、静水压力、扬压力和土压力。荷载简图见图2,计算结果见表3。4带卸荷平台空箱挡土墙设计4.1设计剖面
为减少墙后土压力,带卸荷平台的空箱式挡土墙在原方案的临土侧悬挑出卸荷平台。为减少空箱的地基承载力,便于调节地基应力比,以卸荷平台以下、底板以上部分作为空箱,空箱临水侧设通水孔和排气孔,临土侧设排水孔,在运行工况下空箱内可进水,以调节
下面以某工程的下游空箱式翼墙为参照,按照相同的设计参数分析卸荷空箱式挡土墙,并计算工程量。2基本资料2.1地质资料
某泵站进水池宽50.7m,底板顶高程3.85。5.00m,两岸填土高程为16.00m。进水池两岸直线对称布置下游翼墙,下游翼墙底板顶高程设为4.00m,底板厚0.7m,墙后挡土高度为12.7m。属1级建筑物。
底板地基土为⑦层粉质粘土,粘聚力C=41kPa、内摩擦角cp=150。墙后采用混合土回填,填土指标见表1。空箱内填土按未压实考虑,取17kN/m3。2.2计算工况及水位组合
工程位于6度地震区,根据以往工程经验分析,选取低水位、完建期作为控制工况。对结构进行稳定分析,计算工况及水位组合见表2。
万方数据
唐洁/卸荷平台在空箱式挡土墙中的应用比较
隅50扣0一鲫罪…一螋一一嚣
避水池翻
圈
●——
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塞二=
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墓
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要二
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一
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8:
二_
凹24605…002420唧2伽即2460.仰”
。1
1≤粕
¨
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图1下游翼墙平、剖面图(空箱式)
(a睹U面图;(b)平面图
表3下游翼墙(单米)荷载计算结果
单位:kN
竖向力
静水压力
扬压力
土压力
工况
完建期3292547低水位
3521
36
1152
5cr7
不同工况下地基的应力比和抗滑稳定安全系数。根据设计低水位,考虑卸荷平台下部空箱运行期内全部充水,卸荷平台的底面高程为10.5m,板厚0.5m。通过计算,将底板调至13m宽,底板厚度与原空箱相同。设计平、剖面图见图3。
根据朗肯土压力理论,当挡土墙背离土体移动时,墙后填土内将相应地产生剪力,墙后土体中的应力处于主动极限平衡状态,土体内产生的剪切面(破裂面)与水平面的夹角0=450+自v/2(妒为墙后填土内摩
万方数据
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"16.00
殳!生鲤凹填土
口12.00
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衄Ⅱ】]砌
69.14kl瞳
74.5k_Pa
7^skPa
(b)
图2下游翼墙荷载图(空箱式)
(a)完建工况;(b)低水位工况
擦角)。为达到完全卸荷的目的,卸荷平台悬挑出长度
为L=H挡土tan(45。一妒/2)=6.7xtg(45。一25。/2)=4.27m,
取4.3m。4.2设计荷载图
在计算土压力时(见图4),平台以上日,高度内,可按朗肯理论计算土压力分布。由于平台以上土重已由卸荷
台承担,故平台以下墙背所受的主动土压力只与平台以
下填土重量有关。故平台下的土压力为
P。2=’H擞B
式中7——墙后填土容重,地下水位以下取浮容重;
日2_一卸荷平台下的挡土高度;
K,一朗肯主动土压力系数。
完建期与低水位工况下作用在挡土墙上的荷载类别与原普通空箱相同。荷载简图见图5,计算结果
见表4。
5稳定及地基应力计算对比分析
基础底面与土质地基之间的摩擦角‘po=0.却(妒为地基土内摩擦角);基础底面与土质地基之间的粘聚力Co=0.25C(C为地基土粘聚力)。两方案计算的稳定及地基应
10
.孽_二二画拦竺二霹珂叫■掣一一・l羽地、一一亚—蜩H’]
型1螋’
它壁遗壁野
图3下游翼墙平、剖面图(卸荷式J
(a)剖面图;(b)平面图
氐j
巴===土J
匕
图4带卸荷台的挡土墙土压力
表4下游翼墙(单米)荷载计算结果
单位:kN
竖向力
静水压力
扬压力
土压力
工况
J
完建期2425274低水位
1894
36
432
232
力计算结果见表5、表6。
从计算结果可知,与普通空箱挡土墙相比,卸荷式空箱挡土墙抗滑稳定安全系数更大,平均地基应力小。虽然
万方数据
唐洁,卸荷平台在空箱式挡土墙中塑廛旦些墼
理聪甑~
(b)
图5下游翼墙荷载图(卸荷式)
(a)完建工况;(b)低水位工况
裹S
稳定及地基应力计算结果(空箱式)
抗滑安
平均地基
基底综合
工况应力比允许值
全系数
允许值
应力(kPa)
磨擦系数
完建期
1.73
1.35202.981.302.00O.29低水位
1.35
1.35
147.52
1.08
2.oo
013l
表6
稳定及地基应力计算结果(卸荷式)抗滑安
平均地基
基底综合
工况
允许值
应力比允许值
全系数
应力(kPa)
磨擦系数
完建期2.6l1.35186.532.522.00O.30低水位
2.83
1.35
167.82
2.55
2.00
O.30
卸荷式应力比超过允许值,但挡土墙重心偏临土侧,在考虑被动土压力的情况下,亦可满足要求。6工程量计算对比分析
根据当地施工经验,土方开挖边坡为l:3。钢筋按照含筋率80kg/m,计算。通过计算可知,卸荷式方案单米工程费用比原空箱式方案节省7%。工程量计算见表
7、表8。7结语
通过计算对比可以看出:在完全卸荷的情况下,带卸
唐洁/卸荷平台在空筘叁丝兰壅主鲍壁旦些筮
表7
序号
123
4
下游翼墙单米工程量(空箱式)
项
目
单位
1113
表8
序号
l
下游翼墙单米工程量(卸荷式)
项
目
单位
n13
t
数量
44.98O.29657.831117.131.60
单价(元)费用(元)
368.115685.26.899.54368.66
16557164245321065759033979
数量
44.30O.28577.06
单价(元)
368.1l5685.26.899.54368.66
费用(元)
16308
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混凝土钢筋开挖回填C25素混凝土垫层
混凝土
钢筋
t23
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开挖回填
C25素混凝土垫层
I一
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397690ll4793139l
944.50
1.30
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rn3
5
m3
合计合计
荷平台的空箱挡土墙能将墙后土压力减少近50%,底板的宽度减少3111工程费用节约7%。卸荷式方案在同等条
件下优于空箱式方案,尤其是在施工场地受到限制的情况下,则更显优越性。A
夺・夺・夺・・争・夺・夺・—争・夺・・争・专H}・夺・夺・4-・夺・4-.4-・t争-t}-夺・寺一4,-4:-—}・夺.夺・毒,・专・寺・寺—}・夺・夺・夺啼・夺・夺-4--夺・寺・・夺・夺・夺・—争・夺・夺・(上接第54页)机和钢丝刷清除预留槽内污渍及杂物,对槽内有明显缺陷的部位,用环氧树脂砂浆填平密实或磨削凸起。待槽内清洗干净后,再用棉纱擦净晒干或用喷灯喷干,经监理工程师验收合格后,安放PVC棒并在缝面上涂刷粘结剂,涂刷粘结剂后静等时间根据气温现场试验确定,达到静等时间后即可填塞SR塑性填料,填料切成条状压入槽内,分层填塞、挤压和锤击密实,填到设计规定的形状。施工时粘接的搭接长度不小于10mm,接头部位挤压和锤击密实。遇雨、雪天气停止施工。粘贴好填料的混凝土24h内禁止水流通过,并注意保护不受破坏。
3.7.4
b.混凝土搅拌系统,采用电子计量系统,准确控制混凝土生产过程中的计量、温度、湿度,保证混凝土的生产
质量。
c.面板施工前,做好混凝土级配试验,根据面板混凝土各项性能要求,面板混凝土掺用防裂剂、引气剂及高效减水剂,优选最佳施工级配。
d.严格控制仓面混凝土的浇筑工艺和滑模滑升速度
及工艺。
e.选择适宜温度季节浇筑面板混凝土,高温和严寒天气停止施工。
f.在混凝土脱模后2~4h内表面覆盖一层塑料薄膜,再加盖毡毯养护,毡毯搭接不小于10era,经常洒水养护。
g.冬季施工要严格检测寒潮袭期和日气温变幅大等异常情况。
h.在坝顶部安装一根通长多孔水管,连续洒水养护至面板蓄水为止。
5
SR盖片施工
SR塑性填料经监理工程师验收合格后进行SR盖片施工覆盖,SR盖片施工由盖片的内面向下与SR填料紧密结合,并用橡胶榔头打实,两边通过膨胀螺栓固定到混凝土上。混凝土表面不平整时,应用SR塑性填料找平,形成完整的密封体。3.7.5沥青杉木板安装
沥青杉木板安装之前,缝面要清理干净,并使缝面平整、密实、干净和干燥,保证安装的沥青杉木板紧密结合。在使用前木板先刨光,然后经热沥青浸泡防腐处理,安装在周边缝趾板、面板与岸墙接缝及面板与防浪墙接缝等缝面上。
4混凝土面板防裂措施
为防止混凝土面板出现裂缝,采取以下防裂措施:a.严格控制混凝土原材料的质量,加强取样试验和检查,发现不合格的材料坚决不采用。
结语
在枫坑水库混凝上面板施工过程中,严把原材料质
量关,选择适宜温度季节浇筑面板混凝土。通过采用科学的施工管理方法、先进的施工工艺和质最控制措施,取得了较好的效果。施工中共对浇筑混凝土抽检试块21组,从28天混凝土抗压试块结果来看,最低强度值为31.4MPa,最高强度值为37.3MPa,满足设计要求;指标抗渗及抗冻等均能满足设计要求。
枫坑水库于2010年3月底通过蓄水验收顺利下闸蓄水,并经过了汛期强降雨及高水位的考验,经大坝安全监测系统观测分析,大坝运行正常。A
万方数据