貼坡式擋墻設計

江 波,邱 玲

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,四川 成都 610072)

貼坡式擋墻設計

江 波,邱 玲

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,四川 成都 610072)

貼坡式擋墻是一種常見的擋墻結構型式，兼有坡面保護、防淘防沖等功能。通過分析明確貼坡式擋墻破壞機理、受力特點及抗滑、抗傾覆安全決定因素，提出貼坡式擋墻設計控制要點，指導貼坡式擋墻設計。

貼坡式擋土墻;破壞模式;荷載組合;抗滑穩定;抗傾覆穩定

0 前 言

貼坡式擋墻是一種常見的擋墻結構型式，兼有坡面保護、防淘防沖等功能，同重力式、衡重式擋墻不同，自身重力一般對邊坡整體穩定性貢獻較少。貼坡式擋墻作為護岸在河道防護中得到大量的使用，但近年也出現了不少貼坡式擋墻水毀事故。

藏木水電站混凝土拌合系統護岸上游接尾水渠擋墻，下游延伸至藏木大橋，全長約420 m。護岸按照20年一遇洪水標準設計(Q=8 870 m3/s)，相應水位高程為3 257.78 m。護岸采用混凝土貼坡式擋墻同下部防沖墻相結合的結構型式，高程3 247.50～3 260.00 m采用混凝土貼坡式擋墻，高程3 247.50 m以下設置防沖墻，貼坡式擋墻同防沖墻之間采用錨筋連接。擋墻基礎下層為河床沖積堆積層(alQ4)，上層為人工回填土(mlQ4)，如圖1所示。

護岸施工先在高程3 247.50 m平臺利用沖擊鉆完成防沖墻槽孔施工，整體下入鋼筋籠后灌注防沖墻混凝土，最后完成高程3 247.50 m以上貼坡式擋墻施工。

圖1所示混凝土貼坡式擋墻同下部防沖墻相結合的結構型式可以在不填筑縱向圍堰、河道水位高不能大開挖及澆筑水下混凝土時采用，滿足河道防護、防淘要求的同時，可以縮短并節約一定的工期和投資。

圖1 貼坡式擋墻典型結構型式(單位：cm)

1 貼坡式擋墻破壞模式

(1)坡面失穩。貼坡式擋墻本身對坡面穩定貢獻較小，坡面整體失穩由邊坡本身引起，貼坡式擋墻同邊坡一起發生滑移，這種破壞一般因坡體本身坡度過陡、坡體土體物理力學指標不滿足要求、墻后地下水位過高、墻后排水不暢等引起。

通過設置合理的墻后土體坡度，控制墻后填土物理力學指標等可以防止此種破壞發生。

(2)面板傾覆破壞。因水力淘刷、滲透導致貼坡式擋墻墻背填土被逐漸帶走，形成空腔，造成面板向被側塌陷、傾覆(見圖2)，可見墻背填土被淘空，混凝土面板在水壓力作用下發生剪切破壞。在貼坡式擋墻填土坡度過陡時也可能發生向臨河側的傾覆破壞，但這種情況出現的幾率較小。

圖2 貼坡式擋墻破壞案例1

通過設置合理的墻后土體坡度、可靠排水、設置反濾,可以防止此種破壞發生。

(3)面板滑移破壞。因面板抗滑穩定不滿足要求發生的破壞(見圖3)，可見面板整體下滑造成的擦痕，破壞過程中面板整體完好，或者僅在面板中部出線水平裂縫。

通過提高墻后填土基底摩擦系數等可以防止此種破壞發生。

(4)面板強度破壞。面板強度、剛度不滿足要求，在外荷載作用下發生破壞(如水力沖刷)。

總結近年貼坡式擋墻失事案例，因面板滑移破壞引起的事故較多，破壞發生可能毫無征兆，破壞發展迅速(可能向上下游傳遞)，危害巨大，且抗滑穩定安全系數影響因素眾多，本文重點分析貼坡式擋墻抗滑穩定安全及影響因素。

圖3 貼坡式擋墻破壞案例2

2 貼坡式擋墻穩定及影響因素分析

2.1 貼坡式擋墻荷載組合

貼坡式擋墻在正常運行工況下荷載組合見圖4，其主要承受荷載見表1。

圖4 貼坡式擋墻荷載組合

荷載名稱計算式荷載方向面板自重GG=γcV, γC為混凝土的重度;V為面板體積垂直向下墻前水壓力F1F1=γwh21/sinθ/2, γw為水的重度;h1為墻前水位垂直坡面指向坡內墻后水壓力F2F2=γwh22/sinθ/2, h2為墻后水位垂直坡面指向坡外基底揚壓力UU=γw(h1+h1)×b, b為基底寬度垂直向上脈動水壓力PfrPfr=±2.31βmAKpρwv2/2, βm為面積均化系數;A為作用面積;ρw為水的密度;Kp為脈動壓強系數;v為斷面平均流速垂直坡面指向坡外(不利工況)錨桿拉力F3F3=n×N, N為單根錨桿拉力;n為錨桿數量垂直坡面指向坡內防沖墻、錨筋提供的剪力及水平向摩擦力F4水平指向坡內土壓力F5因貼坡式擋墻墻背一般較緩,土壓力一般為被動土壓力(反力)垂直坡面指向坡外坡面對面板的摩擦力F6F6=fF5, f為坡面同面板的摩擦系數沿坡面向上

2.2 貼坡式擋墻抗滑穩定安全系數推求

采用剛體極限平衡法推求貼坡式擋墻抗滑穩定安全系數。

(1)滑動力

ΣS=(G-U)×sinθ-F4×cosθ

(1)

其中θ為坡面仰角。

(2)抗滑力

ΣR=f×F5=f×((G-U)×cosθ+

F1-F2+F3+F4sinθ-Pfr)

(2)

其中f為坡面填土同貼坡混凝土面板間的摩擦系數。

(3)抗滑穩定安全系數

k=f×((G-U)×cosθ+F1-F2+F3+

F4sinθ-Pfr)/((G-U)×sinθ-F4×cosθ)

(3)

2.3 貼坡式擋墻抗滑穩定安全系數影響因素及提高措施

由式(3)可知抗滑穩定安全系數k相關影響因素，對這些影響因素進一步分解可以得到提高貼坡式擋墻抗滑穩定安全系數的措施，見表2。

表2 抗滑穩定安全系數影響因素分析

2.4 貼坡式擋墻抗傾覆影響因素及提高措施

因貼坡式擋墻設計中一般會選擇較小(合適)的坡面坡度，貼坡式擋墻一般不會發生向臨河側的傾倒破壞。貼坡式擋墻抗傾覆(臨河側)影響因素及提高措施見表3。

表3 抗傾覆影響因素分析

3 貼坡式擋墻設計

3.1 軸線選擇

貼坡式擋墻軸線應做到順、直，滿足河道防護及岸坡目標保護的同時，不侵占原始河道斷面、不影響河道過流及行洪，防止河道流態紊亂、流速增大及引起回流。

3.2 坡度選擇

在貼坡式擋墻設計過程中應選擇合適的坡面仰角，確保坡面穩定，防止因θ太大帶來坡面穩定及貼坡式擋墻抗滑、抗傾覆問題，一般θ不應大于地質推薦穩定開挖坡比。θ在貼坡式擋墻設計過程中一般結合邊坡穩定分析確定。

3.3 墻后土體墻背土體填土的物理力學參數內摩擦角、粘聚力、土體(填土)同貼坡式擋墻面板之間的摩擦系數關乎貼坡式擋墻抗滑穩定、抗傾覆穩定安全系數。墻背為原狀土時，應選擇合適的開挖坡比，必要時可采取必要的地基處理手段；墻背為填土時，宜采用強度較高砂卵石、開挖石渣料等，不宜采用沙壤土、崩坡積土等，并確保碾壓回填質量。

3.4 面板設計

貼坡式擋墻抗滑穩定并非依托面板自重，貼坡式擋墻設計中面板并非越厚越好。面板只要滿足強度、剛度要求即可，甚至混凝土面板可以利用其它輕質、超薄、高強度材料代替，盲目增加面板厚度對貼坡式擋墻抗滑穩定是不利的。

3.5 排水設計

降低墻背地下水位可以提高貼坡式擋墻抗滑穩定、抗傾覆穩定安全系數，在貼坡式擋墻設計中需要注意以下事項：

(1)設置可靠的排水措施并確保排水通暢；

(2)設置可靠的反濾措施，防止地下水及河道水流淘蝕帶走墻后填土細顆粒，進而引起后續反應。

3.6 錨固設計

在貼坡式擋墻墻背設置一定數量的錨桿，對提高貼坡式擋墻抗滑穩定、抗傾覆穩定安全系數是非常有用的，在錨桿施工造孔困難時可以采用自進式錨桿。

3.7 面板同下部基礎連接設計

貼坡式擋墻面板同基礎(或下部防滲墻)之間的可靠連接對提高貼坡式擋墻抗滑穩定、抗傾覆穩定安全系數是非常有利的。

3.8 伸縮縫設計

面板之間伸縮縫應采用填縫材料可靠填縫，防止水流脈動壓力傳遞到墻背，建議在伸縮縫設置止水。

4 結 語

本文分析了貼坡式擋墻典型的破壞模式、影響貼坡式擋墻抗滑穩定及抗傾覆穩定的因素，并梳理了貼坡式擋墻設計中的注意事項。采用合理的設計方法和設計手段，輔以嚴格的施工質量過程控制，貼坡式擋墻水毀事故是可以得到控制的。

2016-08-23

江波(1981-)，男，湖北十堰人，高級工程師，從事水電站廠房設計及項目管理工作。

TU476.4

B

1003-9805(2017)01-0023-03