懷洪新河山西莊閘隔堤擋土墻除險(xiǎn)加固方案研究

關(guān) 瑩

一、引言

本文以懷洪新河山西莊閘隔堤擋土墻除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)為例，針對(duì)水利工程某一部位出險(xiǎn)，在經(jīng)費(fèi)緊張、時(shí)間較短的情況下，研究工程特殊部位除險(xiǎn)加固的最佳設(shè)計(jì)方案，在不影響工程正常運(yùn)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(dān)懷洪新河串沱湖分洪及香澗湖向沱湖引水的任務(wù)，設(shè)計(jì)分洪流量1150m3/s。該閘共7孔，單孔凈寬10m，閘室為開敞式，兩側(cè)岸墻為空箱式，閘室及岸墻均為混凝土結(jié)構(gòu)。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(cè)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(zhǎng)15.8m，堤頂高程20.37m，兩側(cè)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(jié)構(gòu)。

山西莊閘閘墩頂面下游側(cè)布置有11m寬交通橋，橋面高程20.37m（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，下同），交通橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽車—20t，驗(yàn)算荷載為掛車—100t。交通橋位于五河～固鎮(zhèn)的S304省道上，近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)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(cè)擋土墻中部斷裂、移位。水平斷裂長(zhǎng)度9.1m，墻頂最大偏移量達(dá)15cm，嚴(yán)重影響水閘運(yùn)行安全及公路交通安全。

表1 毛細(xì)孔半徑和引起蒸發(fā)環(huán)境的相對(duì)濕度

三、擋土墻破壞原因分析

公路通過山西莊閘時(shí)路面靠下游側(cè)設(shè)置，公路路緣與擋土墻間未設(shè)緩沖隔離帶，車輛靠邊行駛，動(dòng)載直接沖擊擋土墻，墻體為漿砌石結(jié)構(gòu)，整體性和承受沖擊動(dòng)載性能較差，在長(zhǎng)期動(dòng)載作用下，沿砌體薄弱面疲勞破壞產(chǎn)生裂縫；加之近年來(lái)S304省道車流量和車輛荷載超標(biāo)嚴(yán)重，進(jìn)一步加速裂縫開展，導(dǎo)致路面開裂下陷，雨水滲入地下致?lián)跬翂笸翂毫哟?，而路面的凸凹不平又進(jìn)一步增大了車輛通過時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載，最終導(dǎo)致墻體結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞，擋墻中間斷裂、移位。

四、擋土墻加固設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，加固設(shè)計(jì)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(qiáng)的混凝土擋土墻，加寬公路人行道寬度，在擋土墻頂設(shè)置緩沖隔離帶，即能排除擋土墻險(xiǎn)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(wú)替代道路，需繞行較遠(yuǎn)，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(jìn)行比較。方案一：對(duì)隔堤擋土墻裂縫以上的部分進(jìn)行拆除重建；方案二：現(xiàn)有擋土墻前填土用于平衡墻背荷載，填土頂高程與現(xiàn)有路面齊平，最大頂寬2m，以1∶2錐坡與現(xiàn)有坡面及灘地面銜接。

1.加固設(shè)計(jì)方案一

將距墻頂3.0m內(nèi)的漿砌石墻體拆除，下部墻體不動(dòng)，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(jié)構(gòu)結(jié)合面處理，剔除松動(dòng)的塊石，用細(xì)石混凝土灌滿砌石縫空洞?？紤]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(guī)緩于1∶2坡，設(shè)計(jì)采用1∶1陡坡，施工過程中應(yīng)注意邊坡臨時(shí)防護(hù)。開挖后路面寬度僅剩5m多，應(yīng)設(shè)專人維護(hù)交通，限制單向放行，同時(shí)基坑上口設(shè)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(shè)計(jì)方案二

在現(xiàn)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(duì)穩(wěn)定，不需開挖處理，只需對(duì)損毀的路面局部恢復(fù)，使雨水不再滲入地下。由于現(xiàn)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(shè)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(shè)計(jì)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(yùn)用要求，方案一在短時(shí)間內(nèi)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(yīng)交通指示標(biāo)志后，設(shè)專人交通維護(hù)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(jì)算較困難，加固設(shè)計(jì)布置及施工相對(duì)復(fù)雜；對(duì)水閘主體結(jié)構(gòu)有一定不利影響，尤其下游翼墻基礎(chǔ)較深，長(zhǎng)期在水下，一旦出現(xiàn)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(lái)達(dá)標(biāo)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(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)水閘主體結(jié)構(gòu)和外貌無(wú)不利影響，投資較省等優(yōu)點(diǎn)，選定方案一作為擋土墻除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案。

五、方案實(shí)施效果

懷洪新河山西莊閘隔堤擋土墻選用方案一實(shí)施，僅用20多天就完成了工程除險(xiǎn)加固任務(wù)，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(jìn)度快，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益