不同擋墻結構型式在樞紐工程的應用

陳 飛

(上海市政工程設計研究總院(集團)第六設計院有限公司，上海 230000)

1 概況

宣城市某樞紐工程兩端與河岸及分流島連接時，必須設置連接建筑物，其組成部分主要有上、下游擋墻。擋墻的作用是：擋住兩岸填土，保證河岸穩定，免受水流沖刷；上游擋墻引導水流平順過渡至下游，下游擋墻使上游水流均勻擴散；并控制側向繞滲，防止繞流引起滲透變形；擋墻之間需設置結構分縫并增加止水，以減小地基沉降及滲流對擋墻的不利影響。

工程上、下游擋墻根據擋土高度選取不同的擋墻型式，擋土高度4.0m及以下采用C25素混凝土重力式擋土墻，擋土高度9m及以下采用采用C30鋼筋混凝土扶壁式擋土墻，擋土高度9m以上采在C30鋼筋混凝土空箱式擋土墻。

右岸上、下游擋墻為扶壁式擋土墻及重力式擋土墻，左岸上游擋墻為重力式擋土墻，左岸下游擋墻為扶壁式擋土墻。分流島(蓄水閘側)為空箱式擋土墻，分流島(升船機側)為扶壁式擋土墻，兩岸連接建筑物布置如圖1所示。

圖1 上下游擋墻布置

2 擋墻結構選型

樞紐主要擋墻(典型位置)布置統計見表1。

表1 建筑物各項安全系數選用表

表1 樞紐主要擋墻(典型位置)布置統計表 單位：m

3 擋墻設計

3.1 空箱式擋土墻

由頂板、底板、前墻、后墻、扶壁及隔墻6部分組成，采用C30鋼筋混凝土結構，空箱內填土，以使其滿足抗滑穩定要求。空箱底板寬度與空箱高度的比值多為0.8～1.2，即(12.0～18)m，最高空箱式擋墻底板取為13.6m。扶壁間距取3m，扶壁厚0.5m，隔墻厚0.5m。前趾往外伸出1.5m，后趾往外伸出0.5m，底板下設抗滑齒墻。典型空箱式擋土墻如圖2所示。

圖2 閘室側分流島上游空箱式擋土墻結構

3.2 扶壁式擋土墻

由底板、面板及扶壁3部分組成，采用C30鋼筋混凝土結構，扶壁間距取3m，扶壁厚0.5m。前趾往外伸出1.5m，后趾往外伸出0.5m，底板下設抗滑齒墻。典型扶壁式如圖3所示。

圖3 升船機上游右岸扶壁式擋土墻結構

3.3 重力式擋土墻

采用C25素混凝土結構，墻頂寬0.5m，底板厚0.8m。擋墻迎水側為直立面，背水側采用1∶0.6順接底板。采用前趾往外伸出1.0m，后趾往外伸出0.4m，底板下設抗滑齒墻。典型重力式擋墻如圖4所示。

圖4 上游左岸重力式擋土墻結構

4 安全系數

根據SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，本工程為大(2)水閘樞紐工程，等別為Ⅱ等，設計洪水標準為50a一遇，校核洪水標準為100a一遇。主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物為4級[1-3]。上、下游擋墻為樞紐的重要組成部分，按3級建筑物設計。建筑物各項安全系數選用見表1。

5 地質條件參數

根據GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》，各土層的含水量W、孔隙比e、壓縮模量Es、凝聚力C、內摩擦角Φ、滲透系數K及地基承載力特征值fak標準貫入擊數N等，建議數值見表2—3。

表2 地基土參數建議值

表3 地基土參數建議值

樞紐蓄水閘建議采用大整板基礎，以第⑥2層弱風化粉砂質泥巖上部(或第⑥1層強風化粉砂質泥巖下部)為基礎持力層，根據垂直及水平荷載，加強基礎配筋和底板厚度；該層基巖物理力學參數建議見表4—5。

表4 巖層參數建議值

表5 弱風化粉砂質泥巖層參數建議值

6 擋墻穩定計算

結合擋墻平面布置及豎向標高，各類型斷面型式選取最不利斷面進行穩定、結構分析計算。計算工況選取完建期及設計運行期，完建期擋墻墻前、墻后均無水，設計運行期擋墻墻前水位即運行期水位，擋墻墻后水位比運行期水位高0.5m。計算工況見表6。

根據規范公式計算不同高度擋墻穩定計算成果[4-5]，按照地勘資料不同擋墻型式基礎底面與地基之間的摩擦系數選取不同f，基礎位于沙壤土層，摩擦系數f取0.25，基礎位于砂卵石層，摩擦系數f取0.35，基礎位于巖層，摩擦系數f取0.40。根據列表及設計軟件復核計算了不同型式擋墻的穩定性能，計算成果見表7。

表7 穩定計算成果表

從表7中可以看出，各工況條件下，擋墻抗滑穩定，抗傾穩定及地基壓應力不均勻系數均滿足規范要求，基底壓應力滿足地基承載力要求。空箱擋墻模型及應力分布如圖5—7所示。

圖5 空箱擋墻模型

圖6 空箱擋墻垂直方向應力(SYY)分布

圖7 空箱擋墻水平方向應力(SXX)分布

7 結語

在工程中，邊坡與邊坡之間的關系受到邊坡的高度和地基條件的影響，選擇不同的擋墻形式，可以實現邊坡的穩定性、應力分布的優化、滲透變形的減小。本文在此基礎上，結合已有的研究成果，結合規范的相關規定，提出了相應的計算方法，并對不同高度的加筋土擋墻進行了基礎應力、應力不均勻系數、抗滑穩定系數等方面的研究，以期在保證結構穩定和安全的前提下，節省人力、物力和財力。在設計工作中，利用選用不同擋墻型式對穩定計算的成果分析，可以有效減少工作量，提高設計效率。