懷洪新河山西莊閘隔堤擋土墻除險加固方案研究

關 瑩

一、引言

本文以懷洪新河山西莊閘隔堤擋土墻除險加固設計為例，針對水利工程某一部位出險，在經費緊張、時間較短的情況下，研究工程特殊部位除險加固的最佳設計方案，在不影響工程正常運行情況下，從根本上解決問題。

二、工程概況

懷洪新河山西莊閘建于1998年，位于安徽省懷洪新河香沱引河上，主要承擔懷洪新河串沱湖分洪及香澗湖向沱湖引水的任務，設計分洪流量1150m3/s。該閘共7孔，單孔凈寬10m，閘室為開敞式，兩側岸墻為空箱式，閘室及岸墻均為混凝土結構。兩岸堤距225m，堤頂高程20.37m，灘地高程15.37m。水閘位于河道主槽，水閘通過兩側灘地上的隔堤與兩岸河堤連接。隔堤與兩岸河堤正交，隔堤長15.8m，堤頂高程20.37m，兩側邊坡均為1∶2.5。隔堤采用錐坡型擋土墻與水閘空箱岸墻連接，擋土墻采用重力式漿砌石結構。

山西莊閘閘墩頂面下游側布置有11m寬交通橋，橋面高程20.37m（1985國家高程基準，下同），交通橋設計標準為汽車—20t，驗算荷載為掛車—100t。交通橋位于五河～固鎮的S304省道上，近年來隨著社會經濟發展，車流量及重載車輛顯著增加，水閘交通橋與隔堤連接處公路路面下陷，下游側擋土墻中部斷裂、移位。水平斷裂長度9.1m，墻頂最大偏移量達15cm，嚴重影響水閘運行安全及公路交通安全。

表1 毛細孔半徑和引起蒸發環境的相對濕度

三、擋土墻破壞原因分析

公路通過山西莊閘時路面靠下游側設置，公路路緣與擋土墻間未設緩沖隔離帶，車輛靠邊行駛，動載直接沖擊擋土墻，墻體為漿砌石結構，整體性和承受沖擊動載性能較差，在長期動載作用下，沿砌體薄弱面疲勞破壞產生裂縫；加之近年來S304省道車流量和車輛荷載超標嚴重，進一步加速裂縫開展，導致路面開裂下陷，雨水滲入地下致擋土墻后土壓力加大，而路面的凸凹不平又進一步增大了車輛通過時產生的沖擊荷載，最終導致墻體結構發生剪切破壞，擋墻中間斷裂、移位。

四、擋土墻加固設計

根據以上分析，加固設計只需將上部變形的砌石墻體拆除，代之以整體性和抗沖擊變形能力較強的混凝土擋土墻，加寬公路人行道寬度，在擋土墻頂設置緩沖隔離帶，即能排除擋土墻險情。但由于擋土墻拆除及墻后填土開挖，需拆除部分公路路面，即使按坡比1∶1放坡，也需拆除一半以上的路面，但S304省道交通頻繁，附近無替代道路，需繞行較遠，施工期斷路或限制通行難度較大。鑒于上述原因，擬采用兩種加固方案進行比較。方案一：對隔堤擋土墻裂縫以上的部分進行拆除重建；方案二：現有擋土墻前填土用于平衡墻背荷載，填土頂高程與現有路面齊平，最大頂寬2m，以1∶2錐坡與現有坡面及灘地面銜接。

1.加固設計方案一

將距墻頂3.0m內的漿砌石墻體拆除，下部墻體不動，在上部重新澆筑混凝土墻身，斷面尺寸同原砌石斷面，底高程17.37m，頂高程20.37m（與隔堤頂齊平），底寬2m。施工中做好新老結構結合面處理，剔除松動的塊石，用細石混凝土灌滿砌石縫空洞。考慮到老墻拆除，墻后填土開挖放坡，需拆除部分公路路面，由于路面總寬僅11m，開挖放坡受限制，不能采用常規緩于1∶2坡，設計采用1∶1陡坡，施工過程中應注意邊坡臨時防護。開挖后路面寬度僅剩5m多，應設專人維護交通，限制單向放行，同時基坑上口設置限位墩墻保證施工和通車安全。加固方案見圖1。

2.加固設計方案二

在現有擋土墻前填土用于平衡墻背荷載，使斷裂擋土墻不再擋土而保持相對穩定，不需開挖處理，只需對損毀的路面局部恢復，使雨水不再滲入地下。由于現有隔堤擋土墻前端距水閘下游翼墻最近僅7m，部分土壓力將作用在翼墻上，因此在距離下游翼墻3m處設一道擋土墻。加固方案見圖2。

3.加固方案比選

擋土墻加固設計方案一、方案二列表比選如表1。

擋土墻兩種加固方案均滿足安全運用要求，方案一在短時間內影響路面交通，開挖放坡影響到擋土墻后方路面寬度為5.5m，考慮到施工工作面要求，影響路面寬度約6m，該段路面寬11m，在做好相應交通指示標志后，設專人交通維護的情況下，剩余5m可滿足道單向通行。方案二墻前平衡填土厚度定性計算較困難，加固設計布置及施工相對復雜；對水閘主體結構有一定不利影響，尤其下游翼墻基礎較深，長期在水下，一旦出現連帶問題，將很難處理。另新增墻前平衡填土和擋土墻改變了水閘外觀，影響將來達標管理。方案二投資大于方案一。

綜上比較，方案一與方案二相比具有布置和施工相對簡單、對水閘主體結構和外貌無不利影響，投資較省等優點，選定方案一作為擋土墻除險加固設計方案。

五、方案實施效果

懷洪新河山西莊閘隔堤擋土墻選用方案一實施，僅用20多天就完成了工程除險加固任務，不僅沒有中斷公路橋交通影響S304省道的暢通，而且投資少、進度快，取得了顯著的社會經濟效益