卸荷平臺在空箱式擋土墻中的應(yīng)用比較

2010-07-11 13:26:56唐潔

水利建設(shè)與管理 2010年11期

唐潔

（上海勘測設(shè)計(jì)研究院 200434）

1 前言

擋土墻在水電站、水閘、泵站及各種渠系建筑物工程中有著廣泛的應(yīng)用，幾乎在所有的水工建筑物設(shè)計(jì)中都會遇到擋土墻的設(shè)計(jì)內(nèi)容。水工擋土墻有多種結(jié)構(gòu)型式,其主要和常用的結(jié)構(gòu)型式有重力式、衡重式、半重力式、懸臂式、扶臂式、U形結(jié)構(gòu)、板樁式和空箱式等。在墻后擋土較高的土質(zhì)地基往往采用空箱式，通過調(diào)節(jié)空箱內(nèi)的填土可以減少地基平均應(yīng)力及應(yīng)力比。

因墻后擋土高度大，產(chǎn)生的土壓力較大，設(shè)計(jì)時(shí)往往將底板加寬，這將增大基底的開挖寬度，擴(kuò)大開挖的影響范圍，增加工程量。如果將卸荷平臺應(yīng)用于空箱式擋土墻中，可以大大減少墻后土壓力，在保證工程安全的條件下，達(dá)到減少底板寬度、節(jié)約工程量的目的。

下面以某工程的下游空箱式翼墻為參照，按照相同的設(shè)計(jì)參數(shù)分析卸荷空箱式擋土墻，并計(jì)算工程量。

2 基本資料

2.1 地質(zhì)資料

某泵站進(jìn)水池寬50.7m，底板頂高程3.85～5.00m，兩岸填土高程為16.00m。進(jìn)水池兩岸直線對稱布置下游翼墻，下游翼墻底板頂高程設(shè)為4.00m，底板厚0.7m，墻后擋土高度為12.7m。屬1級建筑物。

底板地基土為⑦層粉質(zhì)粘土，粘聚力C=41kPa、內(nèi)摩擦角φ=15°。墻后采用混合土回填，填土指標(biāo)見表1。空箱內(nèi)填土按未壓實(shí)考慮，取17kN/m3。

2.2 計(jì)算工況及水位組合

工程位于6度地震區(qū)，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)分析，選取低水位、完建期作為控制工況。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定分析，計(jì)算工況及水位組合見表2。

表1 墻后回填土基本資料

表2 計(jì)算工況

3 原空箱擋土墻設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)剖面

原方案下游翼墻為普通空箱式翼墻，空箱內(nèi)填土至高程12.00m，空箱前墻和后墻的排水孔用排水管連通，空箱內(nèi)不進(jìn)水。設(shè)計(jì)平、剖面圖見圖1。

3.2 設(shè)計(jì)荷載計(jì)算

完建期的荷載包括自重、土重和墻后土壓力，低水位工況的荷載包括自重、土重、水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力和土壓力。荷載簡圖見圖2，計(jì)算結(jié)果見表3。

4 帶卸荷平臺空箱擋土墻設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)剖面

為減少墻后土壓力，帶卸荷平臺的空箱式擋土墻在原方案的臨土側(cè)懸挑出卸荷平臺。為減少空箱的地基承載力，便于調(diào)節(jié)地基應(yīng)力比，以卸荷平臺以下、底板以上部分作為空箱，空箱臨水側(cè)設(shè)通水孔和排氣孔，臨土側(cè)設(shè)排水孔，在運(yùn)行工況下空箱內(nèi)可進(jìn)水，以調(diào)節(jié)不同工況下地基的應(yīng)力比和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)低水位，考慮卸荷平臺下部空箱運(yùn)行期內(nèi)全部充水，卸荷平臺的底面高程為10.5m，板厚0.5m。通過計(jì)算，將底板調(diào)至13m寬，底板厚度與原空箱相同。設(shè)計(jì)平、剖面圖見圖3。

圖1 下游翼墻平、剖面圖（空箱式）

表3 下游翼墻（單米）荷載計(jì)算結(jié)果單位：kN

根據(jù)朗肯土壓力理論，當(dāng)擋土墻背離土體移動時(shí)，墻后填土內(nèi)將相應(yīng)地產(chǎn)生剪力，墻后土體中的應(yīng)力處于主動極限平衡狀態(tài)，土體內(nèi)產(chǎn)生的剪切面（破裂面）與水平面的夾角θ＝45°+φ/2（φ為墻后填土內(nèi)摩擦角）。為達(dá)到完全卸荷的目的，卸荷平臺懸挑出長度為 L＝H擋土tan（45°－φ/2）＝6.7×tg（45°－25°/2）＝4.27m，取4.3m。