阿克蘇河流域多浪延伸工程擋墻設計與穩定性驗算

王起銀

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局 新疆 阿克蘇 843000）

擋墻也就是俗稱的護坡，傳統的擋墻工程對邊坡的處理主要是強調其強度功效，一般建于坡地，用以加固土坡或石坡，防止山崩，以及防止土塊和石塊落下以保護行人和附近建筑物的安全。亦可防止水土侵蝕，在本工程中主要是用于河堤加固防止水土侵蝕。在進行擋墻施工時，受到場地、工程地質條件等的限制，常常無法采用放坡開挖的方式建造臨時邊坡，傳統的擋墻結構型式及其施工工藝無法實施。所以，為了保證擋墻結構的可行性，需要結合工程實際進行工程擋墻結構型式的設計。

1 工程概況

本工程為渠首樞紐工程，主要布置有引水閘、沖沙閘、護底堤壩、溢流堰和導流堤等。沖沙閘與河道主流方向一致，位于樞紐左側，引水閘與河道主流方向呈現31.64°夾角，位于樞紐右側，兩閘之間通過圓弧形翼墻進行連接，設計流量3.34m3/s，閘室凈寬3m，閘底板高程1700.9m，消力池高程1700.5m，閘墩頂高程1705.7m，閘室高4.8m，引水閘鋪蓋長度為10m，閘室長度為7m，沖沙閘布置3孔弧形鋼閘門，閘室總凈寬12m。

本工程按兩岸分層引水型式布置，泄洪閘底板高程1420.5m。東岸進水閘高程為1421.7m，西岸進水閘高程為1421.5m，泄洪閘兩側設懸板式沖砂廊道，閘后采取裙板消能，閘底板用耐磨砼護面。進水閘、泄洪閘均為弧形鋼閘門。導流堤用砂卵石填筑，迎水坡用漿砌卵石護砌，復合土工布防滲。

2 擋墻型式設計

2.1 工程條件

工程區河流河床中的深覆蓋層的巖性一般均為單一的第四系的砂卵礫石，具有透水性強、結構松散、孔隙率大等特征[1]。中部出露中生界，邊緣為古生界，褶皺和斷裂稀少，未見巖漿侵入活動。本工程擋墻設計還必須考慮經常性浸水與季節性浸水、水對墻身的沖刷作用等等[2]。根據《中國地震動參數區劃圖（2001）》分析，工程區地震動峰值加速度0.05g，相應的地震基本烈度6度，屬抗震有利地段。

由于該工程區深層為砂卵礫石，較為適宜做衡重式漿砌石擋墻。而淺層的細粉砂土質不適宜作為填土，但是外購土換填會增大建設成本。故而采用自嵌式+衡重式漿砌石擋墻技術，在碎石反濾層后，用粉細沙+灰土（也就是加入一定配比的水泥調配成的灰土）進行回填，再用400g反濾土工布包裹，用土工格柵加筋，成功解決了這一難題。

2.2 擋墻型式設計

結合該堤段地形，對于陡岸及河灘高程較低段采用漿砌石擋墻。擋土墻橫斷面形式的選擇按堤防穩定性、經濟性、合理性等綜合因素考慮，擋土墻段堤防位于縣城城區及鄉鎮周邊，其斷面形式在滿足自身穩定及強度的情況下，結合縣城的人文景觀、城市建筑物布局進行選取，擬選擇的擋土墻形式為衡重式漿砌石擋土墻。

使用衡重式漿砌石擋土墻可以大大減小重力式擋土墻斷面的尺寸，而且一般在擋墻高度小于12m時采用。根據《堤防工程設計規范》GB50286-98進行本次堤防斷面與擋墻型式的設計，首先考慮如何在墻體位置布設排水孔；其次，對于排水孔的布設要分正常和非正常兩種情況分別考慮和計算。

本工程所選擇的堤防斷面型式必須能充分滿足墻身強度、整體穩定性的要求，減少斷面設計工作量，并且能夠結合工程實際進行堤防斷面設計。本工程各個河段的堤防高度均在10m左右，完全符合衡重式漿砌石擋土墻的適用范圍，故而采用本型式擋墻。中間設5道沉降縫，縱向共分6段，中間段擋墻最高達11m，基礎寬達5m，擋墻立面和側面各斷面如圖1所示。

3 擋墻穩定性驗算

3.1 工程時期與實際情況

在本工程擋墻整體穩定計算過程中，選用以下三種計算情況。

（1）完建期。作用于擋土墻的荷載，主要有擋土墻自重和土壓力，當墻后地下水位高時，墻后受靜水壓力，底部受揚壓力作用。

圖1 本工程擋墻立面和側面各斷面圖

表1 斷面參數一覽表

（2）正常擋水位運用期。上游為正常擋水位，下游為相應的低水位，此時作用擋土墻上的荷載有自重、土壓力、水重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力等。

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（3）非常擋水位期。上游為校核洪水位，下游為相應低水位。作用荷載類別與正常擋水位運用期相同，只是具體荷載大小不同。

漿砌石衡重式擋土墻設計斷面穩定復核計算，擋墻穩定復核計算分別在各工程段選擇一個墻體最高的斷面進行復核計算，作為最不利斷面。斷面結構型式為頂寬0.5，臨水坡 1∶0.1，上墻背水坡 1∶0.25，下墻背水坡1∶0.20。

結合本工程實際情況來看，適合采用衡重式漿砌石擋墻型式。為了使最終設計出來的擋墻在土壓力和外荷載等作用下，充分滿足穩定性和強度等要求，在擋墻設計過程中，應該對其沿基底的抗滑動穩定性、抗傾覆穩定性、基底應力和偏心距以及墻身強度等進行驗算。由于篇幅所限，本文只進行了抗滑動穩定性及抗傾覆穩定性驗算。而且一般情況下，主要由滑動穩定性及傾覆穩定性來控制設計，其他各項可不必驗算[3]。

3.2 抗傾覆穩定驗算

抗傾覆驗算按照下列公式計算。

式中，ΣMb——對b點的抗傾覆穩定力矩的和，kN/m；

ΣM b'——對b點的傾覆力矩的和，kN/m。

受力分析如圖2所示。

根據《堤防工程設計規范》(GB50286-98)，4級堤防正常運用條件下防洪墻的抗傾覆安全系數應不小于1.45，非常運用條件下防洪墻的抗傾覆安全系數不小于1.35。經計算，正常運用條件下防洪墻K0=5.7＞1.45，非常運用條件下K0=1.60～2.53≥1.35，證明設計擋墻抗傾覆安全系數滿足規范要求。

圖2 本工程擋墻受力分析圖

3.3 抗滑穩定性驗算

根據下列公式，將本工程相關數據代入可以求得：

其中，Ks——抗滑穩定安全系數；

Σf——總抗滑動力，kN；

Σf'——總滑動力，kN。經計算：

根據《堤防工程設計規范》(GB50286-98)，4級堤防正常運用條件下防洪墻的抗滑安全系數應不小于1.20，非常運用條件下防洪墻的抗滑安全系數不小于1.05。經計算，正常運用條件下防洪墻Ks=2.63＞1.20，非常運用條件下Ks=1.14～1.55≥1.05，擋土墻抗滑穩定是滿足要求的。

3.4 地基應力驗算

地基應力驗算,按照下列公式。

式中，∑N——垂直力的總和，kN/m；

∑M——力矩的總和，kN/m；

F——堤防基礎底面面積，m2；

W——地基基礎底面的截面模量，m3；

[δ]——地基允許應力，kN/m2，根據《地質勘察報告》，[δ]=200kPa(砂礫石地基)。

經計算 δ=102.50kPa～171.20 kPa≤200 kPa，地基承載力可以滿足設計要求。

以上計算結果證明本工程所采用的漿砌石擋土墻是安全的。

4 結論與展望

由上述過程可以看出，衡重式擋土墻是一種利用土的下壓力和墻重心的后移作用以增加墻穩定性且節約斷面尺寸的一種擋墻設計模式。一般情況下，當工程的施工位置確定時,土質的參數是較難改變的。因此，選定擋墻形式后，需要對擋墻的尺寸進行不斷調整，以符合其穩定性的驗算。

目前，由于高科技在相關領域的應用，注重研究土顆粒與衡重式擋墻筋帶之間的摩阻理論已不再適用。我們只要借助電阻應變就可以非常直觀地觀察到擋墻加筋環在土壓作用下產生的拉伸變形，沒必要再進行深入的微觀分析，只要積累一定量的觀察資料即可，通過對資料的分析和研究，便可提出適用于本地區工程條件的設計標準。這種革新對衡重式擋墻外部形態和所適用的工程條件幾乎沒有任何影響，它保留了擋墻的全部工程特性，外部穩定計算理論和方法也不用做任何改變。陜西水利

[1]鄧銘江,裴建生,王智.干旱區內陸河流域地貌單元特征及地下水儲水構造[J].水力學報.2006,(11):1360-1365.

[2]郭明權.浸水地區擋土墻的設計[J].山西建筑,2007,33(2):131-132.

[3]陳暉.重力式擋土墻的穩定性驗算[J].山西建筑.2008,(6):138-139.