空箱擋土墻在水工建筑物中的運(yùn)用

袁俊年 陳花

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水工建筑物對(duì)于技術(shù)提出了更高的要求，空箱擋土墻因?yàn)橹亓p、地基應(yīng)力分布均勻和效率高等優(yōu)點(diǎn)成為了水工建筑物最常用的方式，被廣泛的應(yīng)用于水閘連接和水閘設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于解決水工建筑的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題具有重要的意義。

關(guān)鍵字：空箱擋土墻 水閘

一、空箱擋土墻的概況

1.空箱擋土墻的概念及特點(diǎn)

空箱式擋土墻由底板、頂板、前墻、后墻和縱橫隔墻構(gòu)成的空箱形擋土墻?？衫每障鋬?nèi)充填土、水的重量來(lái)維持穩(wěn)定[1]。

空箱擋土墻的組成部分有前墻、后墻、隔墻、頂板與扶壁。它可以通過(guò)前后之間的空箱內(nèi)填土或者充水來(lái)調(diào)節(jié)地基應(yīng)力，從而使基底的地基荷載與閘室地基荷載保持一致，進(jìn)而減少不均勻沉降?？障鋼跬翂哂兄亓p和地基應(yīng)力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，連拱式空箱擋土墻在空箱擋土墻的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，效果更好。

2.空箱擋土墻的結(jié)構(gòu)型式

擋土墻是水電站、水閘、泵站及河道護(hù)岸等水利工程的重要組成部分。目前工程中常用的擋土墻結(jié)構(gòu)有：重力式擋土墻、衡重式擋土墻、鋼混扶壁式擋土墻和加筋土擋土墻，下面簡(jiǎn)單介紹這四種擋土墻的適用范圍及各自的特點(diǎn)。

（1）重力式擋土墻

當(dāng)所需擋土高度低于5m時(shí)，一般選用重力式擋土墻。主要原因是該擋土墻結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，可就地取材，主要缺點(diǎn)是基底應(yīng)力分布不平均。當(dāng)所需擋土的高度大于5m時(shí)，該擋土墻前部分的基底應(yīng)力可能會(huì)超出地基的允許承載力。

（2）衡重式擋土墻

衡重式擋土墻最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能夠利用衡重平臺(tái)使得墻身整體的重心向后移，從而達(dá)到平衡基底應(yīng)力的目的。但是，這種擋土墻的構(gòu)造方式使得擋土墻的基底寬度相較于重力式擋土墻要小，所以在擴(kuò)散基底壓力這一方面，衡重式擋土墻的效果要劣于重力式擋土墻。

（3）鋼混扶壁式擋土墻

鋼混扶壁式擋土墻的組成部分有墻踵懸臂、立臂和墻趾懸臂。該擋土墻相較于前二者在允許擋土高度上更出色，但對(duì)底板的寬度要求更大。該擋土墻的缺點(diǎn)有鋼材消耗量大、造價(jià)高、施工難度大。

（4）加筋土擋土墻

當(dāng)?shù)鼗鶎儆谲浲恋鼗鶗r(shí)，加筋土擋土墻是一種常用結(jié)構(gòu)。它的主要特點(diǎn)是讓墻后填料從原本的外荷載身份變成抵抗外荷載的墻體結(jié)構(gòu)的一部分。這種擋土墻的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益良好，裝配簡(jiǎn)單，利于施工。

二、空箱擋土墻在水工建筑物中的應(yīng)用

1.水工建筑物的概念及分類

水利工程中常采用單個(gè)或若干個(gè)不同作用、不同類型的建筑物來(lái)調(diào)控水流，以滿足不同部門對(duì)水資源的需求。這些為興水利、除水害而修建的建筑物稱水工建筑物。

水工建筑物按其作用可分為擋水建筑物、泄水建筑物、輸水建筑物、?。ㄟM(jìn)）水建筑物、整治建筑物以及專門為灌溉、發(fā)電、過(guò)壩需要而興建的建筑物。

水工建筑物按其用途可分為一般性建筑物和專門性建筑物。一般性建筑物具有通用性，如擋水壩、溢洪道、水閘等，專門性水工建筑物又分為水電站建筑物、農(nóng)田水利建筑物、給水排水建筑物、過(guò)魚建筑物等。

水工建筑物按其使用時(shí)間的長(zhǎng)短分為永久性建筑物和臨時(shí)性建筑物。

2.水工建筑物在水工建筑物中的應(yīng)用

空箱擋土墻是用在水閘連接和設(shè)計(jì)當(dāng)中，下面利用幾個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明空箱擋土墻在水工建筑中的應(yīng)用。

1.空箱式擋土墻在水閘連接中的應(yīng)用

城西湖退水閘12孔，單孔凈寬5.0m，閘室高度16.6m。如與兩岸直接連接，不符合經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，甚至產(chǎn)生裂縫[2]。七和水電站樞紐工程有5孔泄水閘，單孔凈寬10m，閘墩高18m，我們?cè)谶叾蘸竺嬖O(shè)置了擋土墻，使邊墩只在底部承受土壓力，上部只起支承閘門和閘墩上部結(jié)構(gòu)的作用[3]。因此在邊墩后面設(shè)計(jì)了擋土墻，使邊墩僅僅起到支承閘門及上部結(jié)構(gòu)的作用。由于擋土墻地基為填土，空箱擋土墻可以利用箱格內(nèi)的填土來(lái)調(diào)整地基應(yīng)力且較經(jīng)濟(jì)， 故采用空箱擋土墻。

在兩岸設(shè)置空箱擋土墻時(shí)，首先降低了邊墩的內(nèi)力，減小了因閘墩變形引起閘門開(kāi)啟困難和閘室破壞等問(wèn)題。其次降低了閘室底板內(nèi)力，在設(shè)計(jì)中進(jìn)一步減小底板和邊墩的厚度，滿足經(jīng)濟(jì)、合理和美觀的要求。最后不僅減小了地基內(nèi)力，而且使地基內(nèi)力變得均勻、一致，對(duì)整個(gè)閘室的安全穩(wěn)定具有重要的意義。

2.空箱式擋土墻在水閘設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

我國(guó)江蘇省瓜洲閘部分乙墻，1969首先試用了連拱式空箱式擋土墻，然后在各地建閘中廣泛采用空箱式擋土墻來(lái)做上、下游乙墻、閘墻等，空箱式擋土墻顯著的優(yōu)點(diǎn)是：不用鋼材，砌筑施工速度快，拱圈可以提前預(yù)制或現(xiàn)澆，砌石砌筑工程量與重力式擋土墻比較可減少一半左右，由于空箱結(jié)構(gòu)自重小，故地基反力小， 尤其適用于軟基礎(chǔ)上建筑。

慎江水閘于1974年10月竣工，投入運(yùn)行近四年，上、下游乙墻及閘墻所采用的連拱空箱式擋土墻均無(wú)明顯的不均勻沉陷、傾料或開(kāi)裂漏水等現(xiàn)象發(fā)生，運(yùn)行正常，實(shí)踐證明是成功的。

1974年底興建的塘下水閘和1977年底動(dòng)工的東方水閘，采用倒拱式底板結(jié)合連拱空箱式閘墻結(jié)構(gòu)。這兩座水閘的連拱空箱式擋土墻結(jié)構(gòu)在施工中與慎江水閘相比較，不同的是空箱拱圈采用現(xiàn)澆混凝土，實(shí)踐證明，這樣既加快了施工速度，又提高了空箱結(jié)構(gòu)的整體性和強(qiáng)度，至今均無(wú)發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題。

三、空箱擋土墻的優(yōu)越性

1.擋土墻的自重力的可調(diào)范圍廣

如果擋土墻尺寸外形已經(jīng)確定，可以通過(guò)以下幾種方式對(duì)擋土墻的自重力進(jìn)行跳幀：改變前墻或者隔墻的厚度，改變空箱內(nèi)部的填料高度，改變墻體的砌筑材料，改變隔墻的間距等等，對(duì)于自主調(diào)節(jié)擋土墻的自重力很重要的現(xiàn)實(shí)意義。擋土墻合理的設(shè)計(jì)思路應(yīng)該是這樣的：要盡一切可能在墻體的構(gòu)造上增加能夠提到穩(wěn)定性的方法，然后再在穩(wěn)定性足夠的基礎(chǔ)上盡一切可能減少墻體的自重力，使之能夠適應(yīng)承載力低的地基。

2.擋土墻失穩(wěn)后易于撲救

一般的擋土墻在發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之后是很難進(jìn)行補(bǔ)救的，但是空箱擋土墻不同。它和混凝土的脆性破壞不同，對(duì)于擋土墻來(lái)說(shuō)，從失穩(wěn)到破壞需要一個(gè)過(guò)程，并不是瞬間發(fā)生，這樣就可以給了現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)救的時(shí)間和機(jī)會(huì)。

當(dāng)空箱式擋土墻發(fā)生滑動(dòng)或者傾覆時(shí)，要馬上打開(kāi)預(yù)制的蓋板，往空箱內(nèi)放入填料增加自重力，通過(guò)增大基底的摩阻力和增大抗傾覆力矩的方式達(dá)到穩(wěn)定擋墻的目的。在往空箱內(nèi)部放入填料的過(guò)程中要盡可能地避免對(duì)擋土墻前墻產(chǎn)生側(cè)向壓力，通過(guò)在填料之間設(shè)置加筋帶，或者往填料之中加入石灰等凝固劑的方式來(lái)避免這種危害。在加入壓重填料的過(guò)程中要注意不能在一個(gè)箱體中加完之后再加另一個(gè)，要同時(shí)在相鄰的空箱之內(nèi)加入填料，或者少量輪流加入填料，以免因此使得基底應(yīng)力分布不均或者底板受到不正常的變形。

3.施工簡(jiǎn)單

就構(gòu)造而言，雖然空箱擋土墻比較復(fù)雜，但實(shí)際的施工卻比較容易。擋土墻的隔墻與前墻都是垂直墻，比仰斜或者俯斜面墻要容易施工。拱座和底板的立模和綁扎鋼筋比較復(fù)雜。另外，空箱擋土墻造價(jià)也比扶壁擋土墻少。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐旭松等.淺談空箱擋土墻在水閘設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].水利建設(shè).

2014（2）：143-144

[2] 許正松等.空箱式擋土墻在水閘連接段中的應(yīng)用研究[J].工程設(shè)計(jì).2007（4）：884-887

[3] 王躍武等.空箱式擋土墻在七和水電站水閘連接段的應(yīng)用[J].廣東水利水電.2002（4）：68-69

作者簡(jiǎn)介：袁俊年（1981.08），男，湖北武漢人，湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，研究方向：水利水電。

陳花（1985.09），女，湖北武漢人，武漢市水務(wù)科學(xué)研究院，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，研究方向：水土保持。