衡重式挡土墙在略阳县城防洪中的应用

2017-08-01李琼

陕西水利 2017年3期

关键词：略阳县堤顶挡土墙

李琼

（陕西省汉中市水利水电建筑勘测设计院，陕西汉中723000）

衡重式挡土墙在略阳县城防洪中的应用

李琼

（陕西省汉中市水利水电建筑勘测设计院，陕西汉中723000）

略阳县城堤防设防标准不足，存在安全隐患，需修建挡土墙式防洪堤，根据略阳县城实际，考虑防洪、生态、景观需求，提出采用一阶层重力式挡土墙固滩护脚防冲和二阶层超高衡重式挡土墙共同防洪，经计算，该方案满足要求，可有效节约工程投资，利用现有滩地创建景观平台，改善了略阳县城人居环境，促进了人水和谐发展。

嘉陵江；县城防洪；衡重式挡土墙；稳定计算

嘉陵江在陕西境内长243.8 km，流经凤县、略阳和宁强三县区，其中略阳境内长86.75 km。干流上游流经山区河谷，蜿蜒盘旋，两岸多为较坚硬岩石，河流横向发展受到制约，河弯发展亦比较缓慢，河道多呈“U”型，水流湍急，洪枯水位变幅大。沿江两岸阶地不发育，耕地甚少。略阳县城位于嘉陵江上游、陕西省西南部，汉中盆地西缘，属山区县城，人口密度较大，城区狭窄，土地资源十分紧缺。河道两岸居民较多，现状有零星破损的浆砌石护岸（居民楼位于挡土墙顶上），设防标准不足，河岸抗冲刷能力差，存在安全隐患。为保障两岸人民生命财产安全，考虑地形、景观等要求，拟修建挡土墙式防洪堤。

1 工程概况

略阳县城防洪标准为20年一遇，堤防工程级别为4级。防洪工程的范围为略阳县城区嘉陵江右岸（桩号右57+025~58+345）以及左岸（桩号左57+624~57+900）两段干流堤防，设计堤防总长1596 m。

嘉陵江右岸（桩号右57+025～58+345）位于中心城区的繁华地段，堤后有略阳县幼儿园、火车站、农贸市场等需要保护，考虑城市景观需求，依据生态治水理念，无滩不造滩，不侵占河道行洪断面，结合现状滩面，在临水侧布置景观平台，景观平台设计高程基本维持现状，滩面高程达不到2年一遇防洪标准。

2 相关设计资料

（1）水文水位

嘉陵江干流桩号57+313断面为略阳水文站的测量断面，位于本次工程区段内。查实测水位～流量关系曲线得20年一遇洪峰流量Q=6820 m3/s，对应的水位为643.18 m（1956年黄海高程系统）。本文以该水文站断面作为典型断面进行工程断面设计论述。

为确保建筑物安全，堤防基础必须埋置在冲刷深度以下。防洪工程设计冲刷计算采用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）[1]附录D.2中相应的公式计算。

设计堤顶高程取设计洪水位加堤顶超高，超高为波浪爬高、风壅增高及安全加高三者之和，见表1。堤顶超高取1.5 m。

表1 计算成果表单位:m

（2）地质

设计堤防位于嘉陵江右岸河漫滩之上，沿线地形起伏变化较大，断续建有标准、结构各异防洪设施，沿岸堆积有大量生活垃圾和建筑垃圾，环境恶劣。

设计堤线沿线上部为全新统冲积层，其组成为粉土、粉、细砂、中粗砂、砾石层、卵石组成，底部为中更新统冲积成因的砾石层，基岩埋藏深度较大。粉土、粉细砂、中粗砂层，呈松散～稍密状，承载力低，易发生压缩变形，不宜作为建筑物地基；砾石层、卵石层，呈稍密～中密状，承载力中等，可作为一般建筑物的地基；中更新统砾石层，呈半胶结状，地基承载力较高，是较好的天然地基。

设计堤防处于嘉陵江两岸河漫滩、基岩岸边，地下水为主要赋存于松散覆盖层和基岩风化带中的孔隙型潜水和裂隙型潜水。地下水位总体上向河谷方向排泄。新建挡土墙后，会使地下水排泄不畅，地下水位升高，尤其是雨季，降水入渗后，水位升高幅度较大，孔隙水压力增大，将对挡土墙造成破坏。因此，设计时考虑沿岸地下水对挡土墙的不利影响，采取必要的排水措施。

设计防洪挡土墙基础多处于下部砂砾石层之上，根据颗粒分析成果，其主要为含细粒的砾和级配良好的砾。设计地基承载力不小于280 kPa。

依据该河段地勘成果选取计算参数，见表2。

3 工程设计

（1）断面型式

略阳县城人口较多、土地紧张，在不影响防洪度汛的前提下，考虑水景观需求，依托现有滩面，形成亲水平台，既能美化县城人居环境、又可避免防洪墙过高。防洪堤设计总体分为两个阶层：一阶层用于固滩、防冲、护脚，设计采用重力挡土墙型式，滩面高程为631.38 m，重力式挡土墙采用C15埋石砼，墙高8.0 m顶宽1.3 m，底宽4.9 m，临水坡坡比1:0.45，背水坡垂直，基础厚度1.3 m；二阶层应满足20年一遇防洪标准要求，设计堤顶高程644.68 m。

表2 墙背填筑料（Dr≥0.65）的物理、力学指标建议值表

衡重式挡土墙利用衡重台上部填土的土压力作用和全墙重心的后移来增加墙身稳定性，可以有效节省建筑材料，减少基础开挖量。衡重式挡土墙具有以下优点：①能有效降低土压力；②利用减重台上的填土重增加自身稳定，并使地基应力分布较为均匀；③材料用量较梯形断面少15%~25%。④对于高挡土墙，相对于扶臂式、板桩式等衡重式开挖量小，施工更为简便。从略阳县城实际情况看，考虑施工方便、经济合理及工程实施方面，二阶层综合选取衡重式挡土墙形式最优。

该位置堤后居民区地面高程为640.0~642 m，若二阶层衡重式挡土墙墙顶高程达到644.68 m，虽满足20年防洪标准要求，但人与水被高墙阻隔，无法满足城水相融、生态优美、人水和谐要求，且需拆除现有厂矿企业、居民楼等公共设施垫高地势重建，不具有可行性。

经过多次现场踏勘、综合分析，对二阶层部分考虑如下设计方案：

断面形式为组合式（衡重式挡土墙与砂卵石土堤组合），设计堤顶高程为20年一遇设计洪水位加安全超高。考虑大多数地段现状高程，结合该地实际情况，并从经济、施工以及防洪安全等多方面考虑，采用分期实施方案：将一期实施高程确定为20年一遇洪水位高程，最大墙高14.8 m，墙顶厚度1.0 m，挡土墙采用C15埋石砼浇筑，临水面墙面坡比为1∶0.20，上墙背坡比1∶-0.20，下墙背坡比1∶0.20，采用1.5 m厚C25砼作基础，底宽7.2 m。一期堤顶以上部分采用砂卵石回填土堤形式，作为二期工程实施，高度1.5 m，两侧坡比均为1∶1.5，临水面采用30～50 cm厚M7.5浆砌石护坡砌护，堤顶宽度5.0 m。

工程断面设计图见图1。

考虑到略阳县城整体防洪能力不足，要求全部城防达到抵御20年一遇洪水标准，逐步实施可能需要较长时间，将二阶层方案分为二期实施方案，更切合该地的实际情况。

（2）稳定计算

挡墙稳定分析包括抗滑、抗倾、地基应力分析。

①抗滑稳定：采用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）[1]F.0.6计算。

式中，Kc为抗滑稳定安全系数；蒡W为作用于墙体上的全部垂直力的总和（kN）；蒡P为作用于墙体上的全部水平力的总和（kN）；f为底板与堤基之间的摩擦系数。

②抗倾稳定：采用《堤防设计规范》（GB 50286-2013）[1]F.0.7计算。

式中：KO为抗倾稳定安全系数；MV为抗倾覆力矩（kN·m）；MH为倾覆力矩（kN·m）；

③基地应力：采用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）[1]F.0.8计算。

式中：σmax、min为基底的最大、最小应力（kPa）；ΣG为垂直荷载（kN）；A为底板面积（m2）；ΣM为荷载对底板形心轴的力矩（kN·m）；ΣW为底板的截面系数（m3）；

由于工程区位于地震Ⅶ度设防区，堤防应进行正常和非常（遇地震）两种情况进行计算，本次考虑施工及运行各时期的具体情况，分四种工况[2]进行稳定计算，包括抗滑和抗倾稳定复核。本次设计的衡重式挡土墙高度较大，为了安全起见，对承载台处的截面应力进行复核。稳定计算各参数见表3，各种工况的计算结果见表4。

由以上计算结果可见，计算的安全系数和应力值均小于允许值，满足设计要求。

（3）细部构造设计[3]

本次设计衡重式挡土墙高14.8 m，高度较高，考虑沿岸地下水对挡土墙的不利影响，挡土墙墙体内预埋Φ50 PVC排水孔，间距2.0 m，呈梅花形布置，墙背排水孔用土工布包裹。墙身设置变形缝，缝距10 m，缝宽2 cm，采用聚乙烯闭孔泡沫板填塞。

表3 稳定计算物理参数表

4 结语

山区城市防洪工程的建设往往与城市景观、城市用地及拆迁等的矛盾突出，针对略阳县县城实际情况，工程设计采用一阶层重力式挡土墙固滩护脚防冲和二阶层超高衡重式挡土墙共同防洪，经计算满足要求。该设计方案采用衡重式挡土墙，有效节约了工程投资，并利用现有滩地创建景观平台，改善了略阳县城人居环境，促进了人水和谐发展，可供类似工程参考。

[1]GB 50286—2013，堤防工程设计规范[S].2013.

[2]SL 379—2007，水工挡土墙设计规范[S].2017.

[3]薛殿基，冯仲林.挡土墙设计实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2013.12.