沙坪水閘左岸翼墻水平抗滑安全分析及處理措施

摘要：沙坪水閘左岸翼墻采用鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構，并采用預應力管樁基礎，本文通過對沙坪水閘左岸翼墻水平抗滑安全復核與分析，并提出解決翼墻在填土主動土壓力作用下水平滑動的處理方案。經實踐證明，該處理方案取得了預期效果。

關鍵詞：水閘；翼墻；安全分析；處理措施

中圖分類號：TV66文獻標識碼:A

1工程概述

鶴山市沙坪水閘位于西江右岸一級支流沙坪河下游出口約1km處，距沙坪鎮（市府駐地）東北方向6km。沙坪水閘是西江鶴山大堤上的一座重要水閘，與鶴山大堤一起是鶴山市城區與古勞、沙坪、龍口、桃源、雅瑤等五鎮防御西江洪水的第一道防線，是一座以防洪為主，結合蓄水灌溉、改善航運等綜合利用的中型水閘。水閘主要水工建筑物有：泄水閘7孔，每孔凈寬8m，船閘1孔，凈寬10m，總凈寬66m，總寬度88.04m。

該水閘建于1958年底，鑒于當時的歷史條件，設計標準低，結構型式不甚合理。同時運行至今已40多年，受損嚴重。2005年起對沙坪水閘進行全面的除險加固達標工作，加固工程中包括新建水閘上游左岸翼墻。

水閘上游左岸原為土堤，自然放坡至河床底。為美化水閘兩岸環境及水閘上游左岸場區的有效利用，在水閘上游左岸新建長約102m的翼墻。翼墻設計采用鋼筋砼扶壁式擋土墻結構，設計翼墻頂及墻后回填土高程為7.5m（珠基，以下同），翼墻底板底高程為-3.0m，底板寬9m，一個分縫段長15m。基礎處理采用φ400AB型預應力管樁，橫向樁間距為3.50m，縱向樁間距為2m，翼墻設計斷面如圖1。

工程位于珠江三角洲沖積平原上，沖積層厚度較大，地基軟弱。根據鉆孔揭露，墻址管樁深度內各土層自上而下分層為：

①淤泥質土：γ＝18kN/m3，c=12kPa，φ=10o，E=4MPa；

②殘積砂質粘性土：γ＝20kN/m3，c=15kPa，φ=25o，E=30MPa。

2005年12月14日上午對左岸翼墻樁號0-015.71～0-030.71段開挖至設計要求的-3.0m高程，準備下午澆墊層，中午該開挖段邊坡發生滑塌。經開挖后發現因邊坡滑塌擠壓拱起部分淤泥，靠近邊坡兩排樁都發生了不同程度的位移，補樁后繼續施工。

2006年1月8日，水閘上游左岸翼墻墻后在回填砂過程中，當第三塊(樁號0-000.71～0+014.29)墻體回填砂到底板上時，墻體產生了位移，根據施工單位測量最大水平位移達38mm。

2翼墻水平抗滑安全復核與分析

由于翼墻基礎采用了剛性基礎，翼墻上部的荷載基本由樁基承擔，而建基面下土層與基礎底板之間有部分脫離，使得翼墻底板和其下地基土之間的摩擦力減小，墻后填土產生的水平土壓力大部分由樁基承擔。因此須對φ400AB型預應力管樁基礎的抗水平承載力進行分析計算。

1）計算方法

取單樁作為計算單元，把單樁看作一豎放的彈性地基梁，采用文克勒模型的橫向荷載作用下樁、土共同作用方法計算管樁的內力和位移。

2）計算結果

原設計斷面：翼墻頂及墻后回填土高程為7.5m，翼墻底板底高程為-3.0m，底板寬9m，一個分縫段長15m。基礎處理采用φ400AB型預應力管樁，樁橫向間距為3.50m，共3排，樁縱向間距為2m，共7排，合計21根樁，具體見圖1。

根據地質及翼墻設計斷面參數計算得，當單根管樁樁頂荷載為65kN時，管樁的計算最大彎矩為63kN.m，等于φ400AB型預應力管樁的抗裂彎矩，水平荷載不能再增加，因此單根管樁的水平承載力為65kN。此時，管樁的最大位移約11mm。

3）翼墻水平抗滑驗算

該墻后設計填中粗砂，根據土力學知識可計算得相應的單位寬度范圍的填土主動土壓力為228.8kN。根據樁基布置，沿水流方向每15m范圍布置21根樁，因此平均每米1.4根。1.4根樁能抵抗的水平荷載為91kN。偏保守考慮，完全不計翼墻底板和地基土之間的摩擦力，總水平抗力為91kN，小于228.8kN，因此翼墻樁基難以滿足翼墻水平抗滑穩定的要求。

4）翼墻水平滑動原因分析

左岸翼墻樁號0-015.71～0-030.71段由于基坑開挖后會形成高邊坡，且基底淤泥質土承載力較低，因此，在土壓力的作用下，邊坡側填土出現下沉，并且擠壓墻底的淤泥質土層，使該土層產生深層滑動，以致基坑滑塌、淤泥拱起和靠近邊坡的兩排樁都發生了偏移。

左岸翼墻樁號0-000.71～0+014.29段由于墻后填土較高，墻后土壓力較大，而管樁的抗水平力小于墻后填土主動土壓力，導致了沿翼墻基底面發生剪切破壞而滑動，翼墻出現水平位移。

3處理措施

通過對翼墻水平抗滑安全分析可知，填土產生的主動土壓力遠大于管樁的水平承載力，因此必須對翼墻原設計方案進行修改或降低翼墻后回填土高度。但從使用功能上考慮，翼墻后的地面標高考慮到場地的利用和環境問題已沒有太大降低空間。同時，修改方案應考慮施工工期、造價、行洪影響等因素。

綜合以上因素的影響和考慮汛期即將來臨，工期非常緊迫，最后決定采用了以下處理措施：

1）提高翼墻底板高程。考慮到由于開挖后會形成高邊坡，對相鄰建筑物有影響，而通過提高翼墻底板高程，即可以相對降低墻高和墻后填土高度，降低墻后填土的土壓力。設計對左岸翼墻作如下變更：將擋土墻底板底高程提高1m，即由-3.0m提高至-2.0m，墻前趾增加齒墻，寬500mm，高1m，即做到-3.0m。

2）盡量降低墻后填土頂面高程。由于擋土墻墻后土壓力的大小與土壓力的高度成平方關系，因此，通過降低墻后填土頂面高程，可以大大減小墻后土壓力。考慮到其使用功能，翼墻后的地面標高已沒有太大的降低空間，最多只能將翼墻內側填土標高降低至6.50m高程左右，因此墻后填土標高由原設計的7.50m降至6.50m高程。

3）在不影響行洪斷面前提下，在翼墻外側增加干砌石反壓平臺。根據行洪要求，反壓體的頂標高不宜超過1.0m。經計算反壓體頂面標高為1.0m時，翼墻水平抗滑安全系數能滿足規范要求，因此翼墻前反壓平臺頂高程取1.0m高程。如果在墻前直接砌筑干砌石反壓平臺，摩擦系數較小，反壓的寬度需要19.6m，由于反壓平臺寬度太寬，難以滿足水閘的行洪要求，因此需要增加反壓體與地基土的摩擦系數，以增大反壓體與地基的阻滑力，減小反壓平臺的寬度。針對這一摩擦系數較小的問題，采用了在反壓體范圍打杉木樁，間距0.50m，樁長6m，并在木樁頂澆筑一層厚0.50m的鋼筋混凝土板。經此措施處理后，反壓體寬度可縮短至11.80m。但考慮到通航、排洪等使用要求的問題，1.0m標高的反壓平臺不宜超過7m，而0.0m標高的反壓平臺可適當加寬。采取上述措施后，重新計算確定，反壓體1.0m標高處頂寬為9m，0.0m標高處頂寬8.5m。翼墻外側反壓體的設計斷面如圖2。

4）在翼墻內側底板外施打木樁。以上三種處理措施解決了抵抗填土主動土壓力的水平抗滑問題。但由于翼墻墻后填土荷載還將在軟土層產生水平側向力，為保證內排樁基的安全，在翼墻內側底板外施打木樁，將填土荷載通過杉木樁盡可能傳至深處，以減少軟土側壓力，具體如圖2。

結語

通過采取上述方案對翼墻進行處理后，幾年來運行良好，到目前為止，沙坪水閘左岸翼墻再未出現水平滑移的現象，經濟效益和社會效益顯著提高。

參考文獻

[1]江門市水利水電勘測設計院有限公司.鶴山市沙坪水閘除險加固達標工程初步設計報告[Z].2004

[2]廣東省水利水電科學研究院.鶴山市沙坪水閘左岸翼墻設計咨詢[Z].2006.