不同擋墻結(jié)構(gòu)型式在樞紐工程的應(yīng)用

陳 飛

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)第六設(shè)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(shè)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(wěn)定，免受水流沖刷；上游擋墻引導(dǎo)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(cè)向繞滲，防止繞流引起滲透變形；擋墻之間需設(shè)置結(jié)構(gòu)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(jù)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(cè))為空箱式擋土墻，分流島(升船機側(cè))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(jié)構(gòu)選型

樞紐主要擋墻(典型位置)布置統(tǒng)計見表1。

表1 建筑物各項安全系數(shù)選用表

表1 樞紐主要擋墻(典型位置)布置統(tǒng)計表 單位：m

3 擋墻設(shè)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(jié)構(gòu)，空箱內(nèi)填土，以使其滿足抗滑穩(wěn)定要求?？障涞装鍖挾扰c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(shè)抗滑齒墻。典型空箱式擋土墻如圖2所示。

圖2 閘室側(cè)分流島上游空箱式擋土墻結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)，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(shè)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(jié)構(gòu)

3.3 重力式擋土墻

采用C25素混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂寬0.5m，底板厚0.8m。擋墻迎水側(cè)為直立面，背水側(cè)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(shè)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(jié)構(gòu)

4 安全系數(shù)

根據(jù)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(shè)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(shè)計。建筑物各項安全系數(shù)選用見表1。

5 地質(zhì)條件參數(shù)

根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，各土層的含水量W、孔隙比e、壓縮模量Es、凝聚力C、內(nèi)摩擦角Φ、滲透系數(shù)K及地基承載力特征值fak標準貫入擊數(shù)N等，建議數(shù)值見表2—3。

表2 地基土參數(shù)建議值

表3 地基土參數(shù)建議值

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

表4 巖層參數(shù)建議值

表5 弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖層參數(shù)建議值

6 擋墻穩(wěn)定計算

結(jié)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(wěn)定、結(jié)構(gòu)分析計算。計算工況選取完建期及設(shè)計運行期，完建期擋墻墻前、墻后均無水，設(shè)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(jù)規(guī)范公式計算不同高度擋墻穩(wěn)定計算成果[4-5]，按照地勘資料不同擋墻型式基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)選取不同f，基礎(chǔ)位于沙壤土層，摩擦系數(shù)f取0.25，基礎(chǔ)位于砂卵石層，摩擦系數(shù)f取0.35，基礎(chǔ)位于巖層，摩擦系數(shù)f取0.40。根據(jù)列表及設(shè)計軟件復(fù)核計算了不同型式擋墻的穩(wěn)定性能，計算成果見表7。

表7 穩(wěn)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(wěn)定，抗傾穩(wěn)定及地基壓應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求，基底壓應(yīng)力滿足地基承載力要求?？障鋼鯄δＰ图皯?yīng)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(yīng)力(SYY)分布

圖7 空箱擋墻水平方向應(yīng)力(SXX)分布

7 結(jié)語

在工程中，邊坡與邊坡之間的關(guān)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(xiàn)邊坡的穩(wěn)定性、應(yīng)力分布的優(yōu)化、滲透變形的減小。本文在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的研究成果，結(jié)合規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，提出了相應(yīng)的計算方法，并對不同高度的加筋土擋墻進行了基礎(chǔ)應(yīng)力、應(yīng)力不均勻系數(shù)、抗滑穩(wěn)定系數(shù)等方面的研究，以期在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全的前提下，節(jié)省人力、物力和財力。在設(shè)計工作中，利用選用不同擋墻型式對穩(wěn)定計算的成果分析，可以有效減少工作量，提高設(shè)計效率。