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请参考:苏南运河护岸工程综述姜 晔江苏省交通规划设计院 南京210005摘 要:本文在全面叙述苏南运河沿线水文及工程地质、地貌的基础上,介绍了航 道护岸的结构形式,并进一步详细介绍混凝土预制块、模袋(法布)护坡以及重力式、衡重 式驳岸的设计与施工。
关键词:运河 护岸工程 综述1 工程概况京杭运河苏南段(又称南运河)北起长江南岸的谏壁口门,南至苏浙交界的鸭子坝,全长2082km�,贯穿江苏经济发达的镇江、常州、无锡、苏州4市。
苏南运河按3级航道标准预留,4级航道标准实施。航道最小水深为25m,一般河段底宽≥40m,驳岸间口宽≥60m,最小弯曲半径≥600m,跨河桥梁通航孔净宽≥50m,净高≥7m(设计最 高通航水位以上)。设计最大船型为一拖4×500t级船队,兼顾一拖6×300t级、一拖11×100 t级、一拖12×60t级等拖带船队,且可通航一顶2×500t级顶推船队。
苏南运河整治工程于1992年8月开工,1997年9月完工,按4级航道标准整治航道共�15656k m,其中镇江段23112km,常州段35517km,无锡段24946km,苏州段72986km。其间新 建护岸28603km,其中混凝土预制块护坡4582km,法布护坡411km,浆砌块石驳岸�2361 km。2 基本资料21 设计水位
设计特征水位采用航道沿线各水文站30年系列资料,并结合水利规划进行水文分析计算, 以20年一遇的高水位为设计最高通航水位,保证率为98%的低水位为设计最低通航水位,运 河沿线各特征水位详见表1。
22 地质、地貌特征
221 地形地貌特征
苏南运河自镇江谏壁口门向南到丹阳市以北,为宁镇山脉延伸的低山丘陵地带,沿河两岸均为起伏的岗地,并时有残丘出现,地貌属于长江漫滩一级阶地类型。由于水流侵蚀切割作用 ,形成陡坎突变景象,地面标高一般为10m(吴淞高程零点基面)左右;丹阳以南进入长江三 角洲地带,长江挟带的大量泥沙在该区持续沉积,形成广阔的三角洲平原,地面标高一般 为5~10m,西北高,东南低。常州向东至苏州吴江以北地段,地面标高为3~5m,地貌上属 于太湖流域堆积平原区太湖水网平原,河网密布,水系发育,为冲湖相或湖沼相。吴江三里 桥至八坼之间属滨湖圩田平原,地面标高4m左右,为湖沼相堆积;八坼以南至鸭子坝属低洼 湖荡平原,姜晔:苏南运河护岸工 程综述湖荡密集,地面标高1~3m, 为苏南运河地势最低地段。单位:m 苏南运河设计水位表 (吴松基面) 表1地 名最高通航水位
(20a一 遇)最低通航水位
(98%保证率)常水位谏 壁702550丹 阳702540~45陵 口682540~45常 州532536无 锡472531望 亭4325~2330横 塘432330平 望412330鸭子坝402330222 工程地质
2221 镇江段
(1)谏壁至丹阳人民桥段。 主要沉积层为灰、黄灰或灰**的亚粘土、粘土层,硬塑状态,中等压缩性,土质较好,其 上部由于后期冲沟或河流的切割作用,间断沉积了灰色亚粘土层,土质较差。谏壁至越河口 段因受长江沉积环境的影响,土质略有区别,上部2~3m为黄灰、灰**亚粘土,其下6~10 m为灰**粉砂夹薄层粘性土。
(2)丹阳人民桥至吕城段。 上部为棕黄、黄褐色亚粘土,硬可塑状态,局部为冲沟沉积的软土所切割。吕城附近在0 0m标高以下为灰 黄、灰色亚粘土混粉砂或粉砂层,呈饱和、松散状态,该层土自西向东 砂性渐大,施工开挖时极易发生流砂现象。
2222 常州段
(1)九里至西涵洞段。 上部为灰、灰**粘土或亚粘土,层厚3~5m,硬可塑状态,中等压缩性,土质较好;中部 为灰黄、灰色亚粘土混粉砂,软可塑状态,层底标高在00m以下,在奔牛镇及五星桥一带 为冲沟切割,沉积了灰色淤泥质亚粘土混夹粉砂,厚薄不一,最厚处达10m左右; 下部为灰色、黄灰色粉砂夹粘性土,饱和、稍密至中密状态。
(2)常州三号桥至直湖港段。 上部为褐色、灰**粘土或亚粘土,可塑至硬塑状态,中等压缩性,层厚1~5m不等,中部 灰棕色亚粘土混粉砂,软塑至可塑状态,中等压缩性,层厚1~7m不等, 但在横林镇以东及 以 西局部地段,该层为灰色淤泥质亚粘土所取代,最厚处达12~15m,土质差;另在三号桥至 戚墅堰间其下有不等厚的3~6m灰**粉砂层;下部为灰色、灰**亚粘土,可塑至硬塑状 态,土质较好。
2223 无锡段
无锡东、西两段土质接近,上部为灰黄、灰棕色粘土和亚粘土,含铁锰结核,硬塑状态,中 等压缩性,其顶部由于后期冲沟切割,间断沉积了灰色淤泥质亚粘土,形似倒锥;中部为灰 黄、灰色亚粘土,混夹粉砂,软塑至可塑状态,中等压缩性,层厚2~4m;其下部为灰色粉 砂 土,稍密至中密状态,层厚6~8m,多见于无锡东段;下部为绿灰、灰**亚粘土、粘土层 ,硬塑状态,局部夹少量灰色软亚粘土混腐植物。
2224 苏州段
(1)望亭至枫桥段。 土质与无锡段相近,不同的是浒关兴贤桥向东局部在近地表2m左右范围内,有一层灰褐色的 粘土,可塑至软塑状态,中高压缩性。
(2)宝带桥至三里桥段。 上部为灰**粘土、亚粘土,含铁锰质,可塑至硬塑状态,中等压缩性,该层土质较好,层 厚4~5m,分布连续,但在吴淞港河向南地段,该层顶部分布厚度为14~665m的灰色淤泥 质粘土层,流塑状态,高压缩性;中部为灰黄亚粘土混粉砂,可塑至流塑状态,中等压缩性 ,层厚2~4m;下部为灰色亚粘土混粉砂或粉砂互层,软塑至流 塑,中等压缩性,厚度不一,分布较广; 底部为灰色粉砂,稍密至中密状态,一般顶板顶 标高-700m以下。
(3)三里桥至鸭子坝段。 土质上部为灰黄、黄灰色亚粘土,可塑状态,局部软塑,中等压缩性,层厚1~2m;中部为 灰色淤泥质亚粘土、粘土或淤泥,流塑状态,高压缩性。该层南厚北薄,层厚10~15m左右 ,最厚处达20m以上;下部为灰**粘土、亚粘土混粉砂,该层主要见于平望以北地区,由 于后期冲沟切割而间断分布,顶板高程00m左右,层厚5~8m不等。3 护岸工程结构形式根据苏南运河总体设计的原则,以4级航道标准进行设计,并考虑三级标准规划,将来可通航千吨级船舶。同时为满足减小船舶航行阻力,降低工程费用和营运费用,便于施工等要求 ,并结合沿线地形特点,航道断面设计大多采用矩形和倒梯形断面。
矩形断面一般是在苏南运河的集镇段,采用直立式或半直立式驳岸为护岸结构形式,除了有利于航道外,还可尽量减少城镇拆迁和对沿线厂矿企业的影响,并改善城镇的环境条件。 经技术经济比较,护岸挡墙结构采用浆砌片石重力式墙及衡重式墙,墙高在35~60m之间 ,墙底板高出航道底10~15m,墙前留出平台,以缓坡与河底衔接,既可保护墙身基础,减少墙前冲刷,又为将来实施三级航道留有余地,墙顶高以设计最高通航水位控制。当岸边 原地面高出设计墙顶时,以斜坡或二级小挡墙与原地面相接。从施工及使用情况来看,该结 构形式适应苏南地区地质条件,可充分利用当地丰富的石料资源,造价低,且结构简单,便 于施工,加快施工进度,并有较强的防冲刷和抗船舶碰撞的能力。
倒梯形断面是在集镇段以外的农村段,除岸坡土质为砂性土考虑设置混凝土护坡外,其余河段原设计从节省工程投资,降低工程出发,均采用原状土裸坡。坡比以岸坡整体稳定控制,一般为1∶3,从而形成倒梯形断面。后在具体实施过程中取消了裸坡,改为小驳岸、化纤(法 布)或混凝土块护岸结构形式。对于护坡结构形式,经过干砌块石、浆砌片石、混凝土预制 块和现浇混凝土块等多种形式的技术经济比较,采用混凝土预制块(厚度7~9cm)下铺透水无 纺土工布的护坡形式。为增加护坡的整体稳定性,在坡顶、坡脚及坡中部设置浆砌块石格埂 。这种护坡结构的特点是结构简单,施工方便,工程造价低,可有效防止船行波对岸坡的冲刷 ,但不足之处是混凝土块受船舶碰撞后易破损且修复困难。
在镇江及常州的一些航段上较多地采用了这种护岸结构,而在无锡西段的洛社农村段,为了减少修筑施工围堰对船舶航行的影响,采用了不筑施工围堰,用挖泥船下挖方整平后,直接在坡面上进行水下浇筑混凝土的模袋(法布)护坡结构。这种护坡结构不需筑施工围堰,有利于进行不断航施工,且土方量较少,模袋混凝土厚度达15cm,整体性好,可有效抵抗船行波及船舶的碰撞,但一般多适用于岸坡土质为粘土或亚粘土。
另在苏州市河的农村段有近5km范围内,采用浆砌块石后仰式挡墙结构,墙高在3m之内,墙 后开挖边坡4∶1,墙身迎水面坡比为204∶1。4 护岸结构设计与施工41 混凝土预制块护坡
以苏南运河丹阳陵口段“难工河段”的航道整治中的混凝土预制块护坡为例。设计人员针对该段航道地质以极细砂为主,且夹有亚粘土、泥炭、淤泥及杂填土等多种土质互层的第4 层系全新统(Q4)现代沉积层的情况,选择在临河边采用轻型井点排水以降低地下水的施工方法。设计采用400g/m2的无纺土工布为滤层,其主要物理力学性质见表2。表2项 目单位面积重量厚 度断裂强度断裂伸长率纵横向强度比指标400g/m235mm≥600N/5cm≥80%<15项目梯形撕裂强度圆珠顶破强度有效孔径渗透系数孔隙率指标≥400N≥900N≥01mm≥5×10cm/s≥90% 与传统的砂石滤层相比,土工织物除了具有透水、保砂的作用外,还具有固坡的特点,即土工织物将土质坡面捆成一个整体,对于防止护坡坍塌起到比较重要的作用。经测算,应用土 工布较传统的砂石滤层单位造价节省15%~20%,经过6~7年的交付使用,不仅经济效益显著 ,且工程质量优良,也成为我国内河航道使用土工织物最多的航段之一。
混凝土预制块护坡结构在施工中应特别注意的是:土工织物的铺设应一次到顶,并应立即砌筑顶格埂,顶格埂开挖后及青坎范围内应立即用30~40cm厚的粘性土分层并回填夯实,对极 细砂、粉砂质河段更应如此,主要是防止地表雨水漫流下串,涮坑后危及边坡稳定或平整度 ;采用土工织物作滤层的护坡,不宜采用现场浇筑混凝土块,这主要是因为大面积混凝土现 场浇筑质量难以保证,且水泥浆极易堵塞土工织物的孔隙,影响其排水性能,另外在今后的 通航使用中损害处维修也很困难。
需要说明的是:根据江苏省交通规划设计院与南京水利科学研究院联合进行的《苏南运河防浪护岸工程物理模型试验》,护面混凝土块的临界稳定厚度仅为4cm,之所以实际采用的混凝土块的厚度达7~9cm,一是考虑到船舶航行时的水位骤涨骤落,使得岸坡内的水不能 及时排出,从而对护面混凝土块产生不利影响,故需考虑一定的安全系数,而将其厚度增加 为7cm(从强度方面进行验算,厚度7cm时的抗裂安全系数为131);二是普遍存在的较多船舶 未按规定在指定位置(停泊锚地内)停泊,而是在航道内随意停泊,这种现象在一定时期内恐 难以消除,所以不得不通过增加混凝土块的厚度来提高其抗船舶碰撞的能力,尽可能地避免 混凝土块在使用过程中损坏(见图1)。
42 模袋(法布)护坡
在无锡洛社农村段,由于该航段河面较宽,如采用常规的混凝土块护坡方案,则要先填筑围堰后施工,为减少修筑围堰对船舶安全航行的影响,结合该段地形及土质情况,提出了不筑 围堰而在坡面上直接进行水下浇筑混凝土的模袋(法布)护坡结构。 图1 无纺土工布在丹阳陵口航道中的应用 该段堤顶高程一般在52~57m间,土质情况除地表05m为耕植土外,至河床底均为黄灰色或灰**粘土或亚粘土,其主要物理力学指标值均为上限,经岸坡整体稳定计算,可采用水下1∶2、水上1∶1的施工坡比进行开挖。混凝土浇筑利用机织土工模袋作为柔性模板进行施工。该模袋采用高强化纤长丝机织而成,柔性机织模袋完全适应地形条件,并能保证混凝土由下而上填充形成,适应水上、水下施工,毋须填筑围堰。另外在填充料未达到设计 强度前,模袋面层能对水流及风浪等的变化起到过渡性的保护作用。 施工时需要注意的是:(1)关于土工模袋的纵向分段接头以及顶部压顶及基脚的处理,由于航道中水的流速较小,加之该段土质较好,且高度不大,分段模袋采用搭接方法,下压04m 宽的土工布,并在基脚处进行水下清槽、挖沟深埋和固定压脚 ;顶部端头为防止雨淋水渗 或其它可能产生的机械性位移,须采取加压顶(宽度≥05m)的措施。(2)护坡泄水孔设置在 坡面36m高程处,泄水孔的施工与模袋的高压喷灌混凝土同步进行,排水塑料管内填塞化纤 透水材料。模袋内采用泵车自下而上从灌口喷送15号小石子(瓜子片)混凝土,坍落度15~20 cm。
土工模袋护坡结构具有占地少、开挖土方量少的特点,就经受船舶碰撞而言,较斜坡式混凝土块护坡的抗损能力强,并减少了修筑围堰的费用,且有利于施工期的通航安全。以总体造 价来说,比浆砌块石驳岸造价要节省10%~15%(见图2)。
43 浆砌块石重力式驳岸
一般由混凝土压顶、浆砌块石墙身、夹石混凝土底板三部分组成。20号混凝土压顶通常宽为 05~06m,厚03,10号浆砌块石墙身不应采用风化的石料或光面卵石,砂浆或混凝土填料 应保证密实无空隙,亦不允许块石与块石直接搭接,15号夹石混凝土底板通常厚05~07m ,有的为满足抗滑要求而设前趾或后趾,并要求夹石混凝土底板的夹石量不大于10%。 图2 土工模袋纵剖面布置图 施工时应特别注意的是,在整个驳岸施工期间必须做好基坑排水,以确保基坑边坡稳定和干 地施工,对于处于粉砂土或亚粘土夹粉砂的地段,还必须采用轻型井点排水来降低地下水位 。另当墙身浆砌块石强度达到70%以上时方可进行墙后回填,回填土必须分层回填,分层夯 实,层厚不超过03m,采用人工或机械夯实均可,且同时应注意边角处的夯实,回填土干容 重应控制在15kN/m3以上。
44 浆砌块石衡重式驳岸
衡重式较重力式驳岸,同样由混凝土压顶、浆砌块石墙身、夹石混凝土底板三部分组成,只是在墙背中部设一平台,然后以倒坡直至基底,从而形成一卸荷板,起到减小墙后土压力, 减小墙身断面的效果,如此则要求基坑土质好,基础承载力较大,达150kPa以上。
以无锡新安镇段的浆砌块石衡重式驳岸为例,详见图3。
45 驳岸基础的软基处理措施
苏南运河沿线驳岸基础下均存在局部厚度不一的软弱土层,根据各地驳岸高度及地质情况, 经论证分别采用不同的软基处理方案。 图3 衡重式驳岸结构图 (1)通常软弱土层较薄,基础下厚度在1~2m范围内的,采用将软土挖除然后进行抛石,采用抛石基床扩大基础加固地基为最经济合理的处理措施。
(2)在常州、无锡等地段,驳岸墙高在4~5m范围内,基础下淤泥质粘土或亚粘土厚度在3~8 m,较常采用振冲碎石桩加固后复合地基承载力可达135kPa以上。
(3)而在镇江丹阳市河段,有一段长度1500m的驳岸基础落在淤泥质亚粘土上,土层厚度最高 达1085m,最大含水量为429%,其地基承载力仅为60~70kPa。在考虑软基处理方案时,从 丹阳城区房屋密集、基坑开挖和施工作业面狭小,及墙后若回填大量轻质煤渣则供料困难等 多方面综合考虑,以及综合造价的比较,最终选用直径�50cm的粉喷桩加固地基。驳岸地 基采用粉喷桩处理后,形成复合地基,由于复合地基抗剪强度的提高,将改变岸坡原有的最 不利滑动面,从而增加了岸坡的整体稳定,其安全系数可提高20%左右。同时将驳岸基坑土 方开挖和混凝土底板浇筑由湿地施工改为干地施工,既提高了地基承载力,又大大减少了施 工难度,保证了施工质量。
粉喷桩加固地基在施工时需注意:由于搅拌桩施工至顶端范围内,因上覆土压力较小,导致搅拌质量较差,故必须将顶端50cm挖除,以确保桩身强度;另在混凝土底板下应设置一碎石 垫层,其作用一是避免由于顶面整平情况不良而导致“脱空”现象的出现,改善基础与复合 地基的结合条件;二是由于桩顶刺入垫层,使得桩力在垫层中扩散,从而减少了桩对底板的 应力集中(见图4)。
(4)在苏州吴江市三里桥以南段,土质表层为05m左右耕植土,其下为灰**的厚2~� 3 5m的亚粘土层,下部为灰色淤泥切含大量腐植物,局部夹有泥炭层带细粉砂,含水量最高达76%,高压缩呈流塑状态,允许承载力仅为30~50kPa。为了既保证驳岸安全又节省投资,进 行了三种软基处理方案各试验了30m。一是小木桩群加固地基方案(见图5),小木桩长为35m,桩梢直径为12cm,平面布置为50×50cm之梅花形布置;二是铺石基床加土工格栅方案(见图6),基床在基础下超挖08~10m,在铺石基床底部及中间各铺一层土工布格栅,基床上层为块石,下层为碎石垫层;三是铺石基床加有纺土工布方案,基床超挖10~11m,先垫3 0cm厚中粗砂,然后铺土工布,再铺碎石及块石。 图4 驳岸结构图(单位:mm) 图5 驳岸 地基运用小木桩断面 通过对这3个试验段的沉降与变形测试,并经施工完建期最不利工况的检验,发现3个方案的墙身均未发生变化,14天后沉降仅1~2cm,使用一年后也未见墙身发生变形(墙前的水下方 已按设计要求挖除),说明处理方案是成功的。
经各方面共同研究论证,认为上述三种软基处理方案技术上均可行,且造价相差不大,但小 木桩加固方案不要求基础下超挖,施工难度小,且木桩制作与施工方便、迅速,当地施工队 伍又有成熟经验,故决定采用小木桩加固方案,在吴江市软土段普遍使用。从现今运行情况 看,效果良好。 图6 驳岸地基运用土工网格断面5 结束语苏南运河护岸工程在满足航道要求,节省投资和方便施工的前提下,因地制宜,可谓形式多样,种类甚多,为内河航道护岸工程建设积累了较多的成熟经验和成果。
驾车路线:全程约2069公里
起点:河口区
1东营市内驾车方案
1) 从起点向正东方向出发,行驶70米,右转进入广场街
2) 沿广场街行驶110米,右转进入黄河路
3) 沿黄河路行驶70米,调头进入黄河路
4) 沿黄河路行驶11公里,过左侧的河口金信家居大厦约260米后,右转进入海盛路
5) 沿海盛路行驶18公里,直行进入S231
6) 沿S231行驶350米,直行进入海盛路
7) 沿海盛路行驶51公里,直行进入S231
8) 沿S231行驶134公里,左转进入陈庄立交
2沿陈庄立交行驶710米,过陈庄立交约550米后,直行进入荣乌高速公路
3沿荣乌高速公路行驶626公里,过小清河大桥,朝青州/G25方向,稍向右转进入长深高速公路
4沿长深高速公路行驶415公里,朝青岛/济南/G20方向,稍向右转进入于家庄枢纽
5沿于家庄枢纽行驶17公里,直行进入青银高速公路
6沿青银高速公路行驶213公里,在临淄/广饶出口,稍向右转上匝道
7沿匝道行驶13公里,直行进入雪宫路
8淄博市内驾车方案
1) 沿雪宫路行驶46公里,左转进入齐城路
2) 沿齐城路行驶240米,右转进入管仲路
3) 沿管仲路行驶21公里,左转进入乙烯路
4) 沿乙烯路行驶960米,右转进入淄江路
5) 沿淄江路行驶105公里,直行进入S233
6) 沿S233行驶98公里,右后方转弯进入S325
7) 沿S325行驶10公里,直行进入YG02
8) 沿YG02行驶100公里,直行进入淄中路
9) 沿淄中路行驶830米,直行进入X006
10) 沿X006行驶30公里,直行进入淄中路
11) 沿淄中路行驶114公里,右转
12) 行驶380米,到达终点(在道路左侧)
终点:潭溪山旅游区
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