淺談超高空箱式擋土墻設(shè)計(jì)與施工

郝明孫強(qiáng)（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院　遼寧　沈陽　110006）

淺談超高空箱式擋土墻設(shè)計(jì)與施工

郝明孫強(qiáng)
（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院遼寧沈陽110006）

本文以東北地區(qū)桓仁供水隧洞出口電站消能尾水渠工程為例，分析了超高擋墻的形式，總結(jié)出空箱式擋墻做為高擋墻的優(yōu)勢，即對(duì)地基適用性較強(qiáng)，穩(wěn)定性好，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，計(jì)算繁瑣，但是采用解析法與軟件計(jì)算相結(jié)合的方法，計(jì)算結(jié)果會(huì)更加合理，投資更少。還提出了本工程空箱式擋墻的施工方法，有效解決了空箱式擋墻施工的難題，可為同類工程提供參考。

尾水渠工程；超高擋墻；空箱式擋墻；進(jìn)占式回填

水工擋土墻在水工建筑物設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，如水電站倒流墻、水閘、渠系工程、河岸翼墻等。根據(jù)擋土墻布置地區(qū)的地質(zhì)條件，可以采用多種形式，如重力式、半重力式、仰斜式、衡重式、懸臂式、扶壁式等。

然而，多數(shù)情況下，擋土墻的設(shè)計(jì)較為簡單，高度較低，一般設(shè)計(jì)高度在10m以下。但是，當(dāng)擋土墻的布置受到地質(zhì)條件、空間位置、投資控制、施工條件限制，且高度很高的情況下，擋墻的選型和設(shè)計(jì)就會(huì)變得異常困難，或者難以按擋墻形式實(shí)現(xiàn)。在此，則需要進(jìn)行專門的選型和方案論證，下面以東北地區(qū)桓仁供水隧洞出口電站消能工程中的超高擋墻為工程實(shí)例，對(duì)超高空箱式擋墻的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行綜合論述。

1　基本資料

1.1工程概況

東北地區(qū)桓仁供水隧洞出口電站消能工程由兩部分組成，一部分是挑流消能閥尾水渠段，另一部分是水輪機(jī)出流尾水渠段。尾水渠出口高程很低，考慮到高速出流需要消能，底板沿出流方向呈反坡，反坡坡度為1∶3.0。為使兩部分出流平順，正常使用互不干擾，且滿足兩側(cè)的檢修，在中部設(shè)置中隔墩。當(dāng)電站在不同工況下運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)的出流情況不同，且兩側(cè)水位不同，最高水位差為14.208m。具體布置情況詳見圖1.1所示。

中隔墩所在位置地面高程為236.0m左右，從上到下第一層為雜填土，厚度約為1m～3m，第二層為粉質(zhì)粘土，厚度約為2.0m～4.0m，平均底高程為231.0m；第三層為坡積碎石土，石塊成分主要為巖屑凝灰?guī)r及安山巖，厚度約為1.8m～5.0m，平均底高程為229.0m；第四層為砂卵礫石層，飽和，稍密～密實(shí)，厚度約為4.2m～6.3m，平均底高程為225.0m；第五層為果松組巖屑凝灰?guī)r，紫紅色，弱風(fēng)化為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，為硬質(zhì)巖。中隔墩擋墻所在地質(zhì)條件見表1.1所示。

1.2計(jì)算工況及水位組合

尾水渠在不同工況下，中隔墩兩側(cè)水位不同，中隔墩擋墻的受力也不同，施工期間兩側(cè)均無水；檢修期間，分調(diào)流閥單側(cè)檢修和機(jī)組側(cè)檢修，即其中一側(cè)無水，一側(cè)有水，水位為236.0m，最高水位差為14.208m；正常運(yùn)行期間，兩側(cè)均有水，且水位均為236.0m。各工況詳見表1.2所示。

圖1.1　中隔墩布置圖

表1.1　　地基土承載力建議值

表1.2　　尾水渠不同工況表

表2.1　　懸臂擋墻設(shè)計(jì)參數(shù)

2　擋墻設(shè)計(jì)對(duì)比

2.1擋土墻類型比選

此尾水渠從功能實(shí)現(xiàn)上來考慮，中隔墩擋墻需滿足幾個(gè)條件：

1）外形條件，兩側(cè)墻面平順、平滑、無扶壁格擋等有利于出流，高度需20m及以上；

圖2.1　懸臂式擋墻斷面圖（單位：mm）

圖2.2　空箱式擋墻斷面圖（單位：mm）

表2.2　　空箱式擋墻設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3.1　空箱式擋墻分層施工流程圖

表2.3　　主要工程量對(duì)比（10m工程量）

2）地質(zhì)條件，因尾水渠為1∶3.0的反坡，中隔墩擋墻坐落于1∶3的坡度上，且在坡度上不同高程處地層巖性不同，擋墻基礎(chǔ)和整體穩(wěn)定性需滿足要求；

3）施工條件，因擋墻較高，且兩側(cè)無支撐，擋墻澆筑施工難度較大，需結(jié)合多方面進(jìn)行認(rèn)證施工方案，在后續(xù)第4節(jié)專門研究。

4）節(jié)省投資，擋墻選型需經(jīng)濟(jì)合理，滿足施工條件下的投資最小。

按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］4.2.4條，擋土墻高度在6m以上時(shí)，在地基承載力允許的情況下，可采用扶壁式結(jié)構(gòu)，懸臂式或空箱式擋墻。其中扶壁式擋墻外形條件不能滿足，中隔墩擋墻無法設(shè)置扶壁；只可能按懸臂式和空箱式擋墻設(shè)計(jì)。因此，按懸臂式和空箱式進(jìn)行進(jìn)一步認(rèn)證。

2.2懸臂式擋土墻

懸臂式擋土墻的設(shè)計(jì)包括立墻、趾踵板的結(jié)構(gòu)計(jì)算與配筋。立板為底部固定在底板上的懸臂板，取單寬截條，按受彎懸臂梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算；趾踵板為一端固定的懸臂板，取單寬截條，也按受彎計(jì)算懸臂梁進(jìn)行計(jì)算［2］。最終設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表2.1所示。斷面圖詳見圖2.1所示。

2.3空箱式擋土墻

空箱式擋墻結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要分為前立墻和后立墻內(nèi)力計(jì)算，趾踵板結(jié)構(gòu)計(jì)算，且前后立墻中需設(shè)置中隔板，所以受力條件遠(yuǎn)比懸臂式擋土墻復(fù)雜，所以本文采用解析法與結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件相結(jié)合的方法進(jìn)行分析。

首先，將處于反坡上的中隔墩分為三段，最高一段為11m，解析法取最高一段的平均水位差，其中兩種檢修工況最為危險(xiǎn)，最高水位差為14.208m，因立墻內(nèi)有中隔板，將前后立墻按雙向板進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，趾踵板沒有扶壁，可取單寬板條計(jì)算。軟件計(jì)算需注意幾個(gè)方面，浸水地區(qū)擋墻，且地基條件按照上述不同巖層取值，取小段梁長，不同地質(zhì)條件分算，取最大計(jì)算參數(shù)。兩種方法計(jì)算結(jié)果詳見表2.2所示。斷面圖詳見圖2.2所示。

從兩種計(jì)算方法可以看出，在相同尺寸條件下，軟件計(jì)算結(jié)果與解析法計(jì)算結(jié)果存在一定的差別，主要是因?yàn)榻馕龇ㄊ侨冶郯?、趾板及踵板單位板寬分離單獨(dú)按板的配筋計(jì)算，且擋土墻地基反力、土壓力等荷載簡化取值，對(duì)軟件計(jì)算是一種校核與輔助，以免出現(xiàn)大的結(jié)果偏差，計(jì)算結(jié)果較合理，最終按偏安全取值。

2.4選型結(jié)果

懸臂式擋墻和空箱式擋墻均需設(shè)置抗滑凸榫來滿足抗滑要求，兩者同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算的前提下，從工程投資方面進(jìn)行比較，結(jié)果見表2.3所示。

因此，空箱式擋墻比懸臂式擋墻節(jié)省較大投資。從穩(wěn)定性方面，懸臂式需要布置較大抗滑凸榫且對(duì)地基承載力要求較高，底板應(yīng)力較大；抗傾覆安全系數(shù)較空箱式低，綜上所述，采用空箱式中隔墩擋墻較為合理［3］。

3　中墩空箱式擋土墻施工技術(shù)

空箱式中隔墩擋墻頂高程為240.7m，前后面板厚0.6m，高度為20.908m，中隔墩兩側(cè)均無支撐，且底板高程均在221.792m左右，模板架設(shè)困難，需分三層澆筑，鋼筋骨架需一次成型不應(yīng)有分段焊接，因此，骨架頂端借助現(xiàn)場吊車進(jìn)行固定。

施工另一難點(diǎn)為箱體內(nèi)土體回填，為給空箱式擋墻增加抗滑與抗傾穩(wěn)定性，箱體回填土需密實(shí)，增加重力［4］。因中墩截面較小，只能采用小型設(shè)備，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，采用進(jìn)占式進(jìn)行回填，人工分層壓實(shí)。施工流程圖詳見4.1所示。

4　結(jié)論

（1）本文通過地基、結(jié)構(gòu)形式、適用性方面的對(duì)比分析，提出空箱式擋土墻是最適合本消能工程尾水渠中隔墩的擋墻形式，且設(shè)計(jì)結(jié)果合理，科學(xué)，最節(jié)省投資，為同類工程起到很好的借鑒作用。

（2）空箱式擋土墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于此工程獨(dú)立空箱式擋墻中墩，本主通分層澆筑，進(jìn)占式回填箱內(nèi)填土，有效解決了高擋墻的施工難題。

（3）空箱式擋墻在此尾水渠高中隔墩的設(shè)計(jì)中科學(xué)、合理。陜西水利

［1］水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.SL379-2007.

［2］管楓年，薛廣瑞等.水工擋土墻設(shè)計(jì)［M］，中國水利水電出版社，1996.

［3］唐潔.卸荷平臺(tái)在空箱式擋土墻中的應(yīng)用比較［J］.水利建設(shè)與管理，2010，10:8～11.

［4］王頌.箱型重力式混凝土擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.長安大學(xué)，2012.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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