衡重式擋土墻在略陽縣城防洪中的應(yīng)用

李瓊

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測設(shè)計院，陜西漢中723000）

衡重式擋土墻在略陽縣城防洪中的應(yīng)用

李瓊

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測設(shè)計院，陜西漢中723000）

略陽縣城堤防設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不足，存在安全隱患，需修建擋土墻式防洪堤，根據(jù)略陽縣城實(shí)際，考慮防洪、生態(tài)、景觀需求，提出采用一階層重力式擋土墻固灘護(hù)腳防沖和二階層超高衡重式擋土墻共同防洪，經(jīng)計算，該方案滿足要求，可有效節(jié)約工程投資，利用現(xiàn)有灘地創(chuàng)建景觀平臺，改善了略陽縣城人居環(huán)境，促進(jìn)了人水和諧發(fā)展。

嘉陵江；縣城防洪；衡重式擋土墻；穩(wěn)定計算

嘉陵江在陜西境內(nèi)長243.8 km，流經(jīng)鳳縣、略陽和寧強(qiáng)三縣區(qū)，其中略陽境內(nèi)長86.75 km。干流上游流經(jīng)山區(qū)河谷，蜿蜒盤旋，兩岸多為較堅硬巖石，河流橫向發(fā)展受到制約，河彎發(fā)展亦比較緩慢，河道多呈“U”型，水流湍急，洪枯水位變幅大。沿江兩岸階地不發(fā)育，耕地甚少。略陽縣城位于嘉陵江上游、陜西省西南部，漢中盆地西緣，屬山區(qū)縣城，人口密度較大，城區(qū)狹窄，土地資源十分緊缺。河道兩岸居民較多，現(xiàn)狀有零星破損的漿砌石護(hù)岸（居民樓位于擋土墻頂上），設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不足，河岸抗沖刷能力差，存在安全隱患。為保障兩岸人民生命財產(chǎn)安全，考慮地形、景觀等要求，擬修建擋土墻式防洪堤。

1 工程概況

略陽縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，堤防工程級別為4級。防洪工程的范圍為略陽縣城區(qū)嘉陵江右岸（樁號右57+025~58+345）以及左岸（樁號左57+624~57+900）兩段干流堤防，設(shè)計堤防總長1596 m。

嘉陵江右岸（樁號右57+025～58+345）位于中心城區(qū)的繁華地段，堤后有略陽縣幼兒園、火車站、農(nóng)貿(mào)市場等需要保護(hù)，考慮城市景觀需求，依據(jù)生態(tài)治水理念，無灘不造灘，不侵占河道行洪斷面，結(jié)合現(xiàn)狀灘面，在臨水側(cè)布置景觀平臺，景觀平臺設(shè)計高程基本維持現(xiàn)狀，灘面高程達(dá)不到2年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2 相關(guān)設(shè)計資料

（1）水文水位

嘉陵江干流樁號57+313斷面為略陽水文站的測量斷面，位于本次工程區(qū)段內(nèi)。查實(shí)測水位～流量關(guān)系曲線得20年一遇洪峰流量Q=6820 m3/s，對應(yīng)的水位為643.18 m（1956年黃海高程系統(tǒng)）。本文以該水文站斷面作為典型斷面進(jìn)行工程斷面設(shè)計論述。

為確保建筑物安全，堤防基礎(chǔ)必須埋置在沖刷深度以下。防洪工程設(shè)計沖刷計算采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]附錄D.2中相應(yīng)的公式計算。

設(shè)計堤頂高程取設(shè)計洪水位加堤頂超高，超高為波浪爬高、風(fēng)壅增高及安全加高三者之和，見表1。堤頂超高取1.5 m。

表1 計算成果表單位:m

（2）地質(zhì)

設(shè)計堤防位于嘉陵江右岸河漫灘之上，沿線地形起伏變化較大，斷續(xù)建有標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)各異防洪設(shè)施，沿岸堆積有大量生活垃圾和建筑垃圾，環(huán)境惡劣。

設(shè)計堤線沿線上部為全新統(tǒng)沖積層，其組成為粉土、粉、細(xì)砂、中粗砂、礫石層、卵石組成，底部為中更新統(tǒng)沖積成因的礫石層，基巖埋藏深度較大。粉土、粉細(xì)砂、中粗砂層，呈松散～稍密狀，承載力低，易發(fā)生壓縮變形，不宜作為建筑物地基；礫石層、卵石層，呈稍密～中密狀，承載力中等，可作為一般建筑物的地基；中更新統(tǒng)礫石層，呈半膠結(jié)狀，地基承載力較高，是較好的天然地基。

設(shè)計堤防處于嘉陵江兩岸河漫灘、基巖岸邊，地下水為主要賦存于松散覆蓋層和基巖風(fēng)化帶中的孔隙型潛水和裂隙型潛水。地下水位總體上向河谷方向排泄。新建擋土墻后，會使地下水排泄不暢，地下水位升高，尤其是雨季，降水入滲后，水位升高幅度較大，孔隙水壓力增大，將對擋土墻造成破壞。因此，設(shè)計時考慮沿岸地下水對擋土墻的不利影響，采取必要的排水措施。

設(shè)計防洪擋土墻基礎(chǔ)多處于下部砂礫石層之上，根據(jù)顆粒分析成果，其主要為含細(xì)粒的礫和級配良好的礫。設(shè)計地基承載力不小于280 kPa。

依據(jù)該河段地勘成果選取計算參數(shù)，見表2。

3 工程設(shè)計

（1）斷面型式

略陽縣城人口較多、土地緊張，在不影響防洪度汛的前提下，考慮水景觀需求，依托現(xiàn)有灘面，形成親水平臺，既能美化縣城人居環(huán)境、又可避免防洪墻過高。防洪堤設(shè)計總體分為兩個階層：一階層用于固灘、防沖、護(hù)腳，設(shè)計采用重力擋土墻型式，灘面高程為631.38 m，重力式擋土墻采用C15埋石砼，墻高8.0 m頂寬1.3 m，底寬4.9 m，臨水坡坡比1:0.45，背水坡垂直，基礎(chǔ)厚度1.3 m；二階層應(yīng)滿足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計堤頂高程644.68 m。

表2 墻背填筑料（Dr≥0.65）的物理、力學(xué)指標(biāo)建議值表

衡重式擋土墻利用衡重臺上部填土的土壓力作用和全墻重心的后移來增加墻身穩(wěn)定性，可以有效節(jié)省建筑材料，減少基礎(chǔ)開挖量。衡重式擋土墻具有以下優(yōu)點(diǎn)：①能有效降低土壓力；②利用減重臺上的填土重增加自身穩(wěn)定，并使地基應(yīng)力分布較為均勻；③材料用量較梯形斷面少15%~25%。④對于高擋土墻，相對于扶臂式、板樁式等衡重式開挖量小，施工更為簡便。從略陽縣城實(shí)際情況看，考慮施工方便、經(jīng)濟(jì)合理及工程實(shí)施方面，二階層綜合選取衡重式擋土墻形式最優(yōu)。

該位置堤后居民區(qū)地面高程為640.0~642 m，若二階層衡重式擋土墻墻頂高程達(dá)到644.68 m，雖滿足20年防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，但人與水被高墻阻隔，無法滿足城水相融、生態(tài)優(yōu)美、人水和諧要求，且需拆除現(xiàn)有廠礦企業(yè)、居民樓等公共設(shè)施墊高地勢重建，不具有可行性。

經(jīng)過多次現(xiàn)場踏勘、綜合分析，對二階層部分考慮如下設(shè)計方案：

斷面形式為組合式（衡重式擋土墻與砂卵石土堤組合），設(shè)計堤頂高程為20年一遇設(shè)計洪水位加安全超高?？紤]大多數(shù)地段現(xiàn)狀高程，結(jié)合該地實(shí)際情況，并從經(jīng)濟(jì)、施工以及防洪安全等多方面考慮，采用分期實(shí)施方案：將一期實(shí)施高程確定為20年一遇洪水位高程，最大墻高14.8 m，墻頂厚度1.0 m，擋土墻采用C15埋石砼澆筑，臨水面墻面坡比為1∶0.20，上墻背坡比1∶-0.20，下墻背坡比1∶0.20，采用1.5 m厚C25砼作基礎(chǔ)，底寬7.2 m。一期堤頂以上部分采用砂卵石回填土堤形式，作為二期工程實(shí)施，高度1.5 m，兩側(cè)坡比均為1∶1.5，臨水面采用30～50 cm厚M7.5漿砌石護(hù)坡砌護(hù)，堤頂寬度5.0 m。

工程斷面設(shè)計圖見圖1。

考慮到略陽縣城整體防洪能力不足，要求全部城防達(dá)到抵御20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)施可能需要較長時間，將二階層方案分為二期實(shí)施方案，更切合該地的實(shí)際情況。

（2）穩(wěn)定計算

擋墻穩(wěn)定分析包括抗滑、抗傾、地基應(yīng)力分析。

①抗滑穩(wěn)定：采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]F.0.6計算。

式中，Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；蒡W為作用于墻體上的全部垂直力的總和（kN）；蒡P為作用于墻體上的全部水平力的總和（kN）；f為底板與堤基之間的摩擦系數(shù)。

②抗傾穩(wěn)定：采用《堤防設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]F.0.7計算。

式中：KO為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；MV為抗傾覆力矩（kN·m）；MH為傾覆力矩（kN·m）；

③基地應(yīng)力：采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]F.0.8計算。

式中：σmax、min為基底的最大、最小應(yīng)力（kPa）；ΣG為垂直荷載（kN）；A為底板面積（m2）；ΣM為荷載對底板形心軸的力矩（kN·m）；ΣW為底板的截面系數(shù)（m3）；

由于工程區(qū)位于地震Ⅶ度設(shè)防區(qū)，堤防應(yīng)進(jìn)行正常和非常（遇地震）兩種情況進(jìn)行計算，本次考慮施工及運(yùn)行各時期的具體情況，分四種工況[2]進(jìn)行穩(wěn)定計算，包括抗滑和抗傾穩(wěn)定復(fù)核。本次設(shè)計的衡重式擋土墻高度較大，為了安全起見，對承載臺處的截面應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核。穩(wěn)定計算各參數(shù)見表3，各種工況的計算結(jié)果見表4。

由以上計算結(jié)果可見，計算的安全系數(shù)和應(yīng)力值均小于允許值，滿足設(shè)計要求。

（3）細(xì)部構(gòu)造設(shè)計[3]

本次設(shè)計衡重式擋土墻高14.8 m，高度較高，考慮沿岸地下水對擋土墻的不利影響，擋土墻墻體內(nèi)預(yù)埋Φ50 PVC排水孔，間距2.0 m，呈梅花形布置，墻背排水孔用土工布包裹。墻身設(shè)置變形縫，縫距10 m，縫寬2 cm，采用聚乙烯閉孔泡沫板填塞。

表3 穩(wěn)定計算物理參數(shù)表

4 結(jié)語

山區(qū)城市防洪工程的建設(shè)往往與城市景觀、城市用地及拆遷等的矛盾突出，針對略陽縣縣城實(shí)際情況，工程設(shè)計采用一階層重力式擋土墻固灘護(hù)腳防沖和二階層超高衡重式擋土墻共同防洪，經(jīng)計算滿足要求。該設(shè)計方案采用衡重式擋土墻，有效節(jié)約了工程投資，并利用現(xiàn)有灘地創(chuàng)建景觀平臺，改善了略陽縣城人居環(huán)境，促進(jìn)了人水和諧發(fā)展，可供類似工程參考。

[1]GB 50286—2013，堤防工程設(shè)計規(guī)范[S].2013.

[2]SL 379—2007，水工擋土墻設(shè)計規(guī)范[S].2017.

[3]薛殿基，馮仲林.擋土墻設(shè)計實(shí)用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013.12.

表4 衡重式擋土墻穩(wěn)定計算成果表

TV671

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1673-9000（2017）03-0133-03

2017-04-13

李瓊（1988-），女，陜西臨潼人，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。