不同挡墙结构型式在枢纽工程的应用

陈 飞

(上海市政工程设计研究总院(集团)第六设计院有限公司，上海 230000)

1 概况

宣城市某枢纽工程两端与河岸及分流岛连接时，必须设置连接建筑物，其组成部分主要有上、下游挡墙。挡墙的作用是：挡住两岸填土，保证河岸稳定，免受水流冲刷；上游挡墙引导水流平顺过渡至下游，下游挡墙使上游水流均匀扩散；并控制侧向绕渗，防止绕流引起渗透变形；挡墙之间需设置结构分缝并增加止水，以减小地基沉降及渗流对挡墙的不利影响。

工程上、下游挡墙根据挡土高度选取不同的挡墙型式，挡土高度4.0m及以下采用C25素混凝土重力式挡土墙，挡土高度9m及以下采用采用C30钢筋混凝土扶壁式挡土墙，挡土高度9m以上采在C30钢筋混凝土空箱式挡土墙。

右岸上、下游挡墙为扶壁式挡土墙及重力式挡土墙，左岸上游挡墙为重力式挡土墙，左岸下游挡墙为扶壁式挡土墙。分流岛(蓄水闸侧)为空箱式挡土墙，分流岛(升船机侧)为扶壁式挡土墙，两岸连接建筑物布置如图1所示。

图1 上下游挡墙布置

2 挡墙结构选型

枢纽主要挡墙(典型位置)布置统计见表1。

表1 建筑物各项安全系数选用表

表1 枢纽主要挡墙(典型位置)布置统计表 单位：m

3 挡墙设计

3.1 空箱式挡土墙

由顶板、底板、前墙、后墙、扶壁及隔墙6部分组成，采用C30钢筋混凝土结构，空箱内填土，以使其满足抗滑稳定要求。空箱底板宽度与空箱高度的比值多为0.8～1.2，即(12.0～18)m，最高空箱式挡墙底板取为13.6m。扶壁间距取3m，扶壁厚0.5m，隔墙厚0.5m。前趾往外伸出1.5m，后趾往外伸出0.5m，底板下设抗滑齿墙。典型空箱式挡土墙如图2所示。

图2 闸室侧分流岛上游空箱式挡土墙结构

3.2 扶壁式挡土墙

由底板、面板及扶壁3部分组成，采用C30钢筋混凝土结构，扶壁间距取3m，扶壁厚0.5m。前趾往外伸出1.5m，后趾往外伸出0.5m，底板下设抗滑齿墙。典型扶壁式如图3所示。

图3 升船机上游右岸扶壁式挡土墙结构

3.3 重力式挡土墙

采用C25素混凝土结构，墙顶宽0.5m，底板厚0.8m。挡墙迎水侧为直立面，背水侧采用1∶0.6顺接底板。采用前趾往外伸出1.0m，后趾往外伸出0.4m，底板下设抗滑齿墙。典型重力式挡墙如图4所示。

图4 上游左岸重力式挡土墙结构

4 安全系数

根据SL 252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》，本工程为大(2)水闸枢纽工程，等别为Ⅱ等，设计洪水标准为50a一遇，校核洪水标准为100a一遇。主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级[1-3]。上、下游挡墙为枢纽的重要组成部分，按3级建筑物设计。建筑物各项安全系数选用见表1。

5 地质条件参数

根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》，各土层的含水量W、孔隙比e、压缩模量Es、凝聚力C、内摩擦角Φ、渗透系数K及地基承载力特征值fak标准贯入击数N等，建议数值见表2—3。

表2 地基土参数建议值

表3 地基土参数建议值

枢纽蓄水闸建议采用大整板基础，以第⑥2层弱风化粉砂质泥岩上部(或第⑥1层强风化粉砂质泥岩下部)为基础持力层，根据垂直及水平荷载，加强基础配筋和底板厚度；该层基岩物理力学参数建议见表4—5。

表4 岩层参数建议值

表5 弱风化粉砂质泥岩层参数建议值

6 挡墙稳定计算

结合挡墙平面布置及竖向标高，各类型断面型式选取最不利断面进行稳定、结构分析计算。计算工况选取完建期及设计运行期，完建期挡墙墙前、墙后均无水，设计运行期挡墙墙前水位即运行期水位，挡墙墙后水位比运行期水位高0.5m。计算工况见表6。

根据规范公式计算不同高度挡墙稳定计算成果[4-5]，按照地勘资料不同挡墙型式基础底面与地基之间的摩擦系数选取不同f，基础位于沙壤土层，摩擦系数f取0.25，基础位于砂卵石层，摩擦系数f取0.35，基础位于岩层，摩擦系数f取0.40。根据列表及设计软件复核计算了不同型式挡墙的稳定性能，计算成果见表7。

表7 稳定计算成果表

从表7中可以看出，各工况条件下，挡墙抗滑稳定，抗倾稳定及地基压应力不均匀系数均满足规范要求，基底压应力满足地基承载力要求。空箱挡墙模型及应力分布如图5—7所示。

图5 空箱挡墙模型

图6 空箱挡墙垂直方向应力(SYY)分布

图7 空箱挡墙水平方向应力(SXX)分布

7 结语

在工程中，边坡与边坡之间的关系受到边坡的高度和地基条件的影响，选择不同的挡墙形式，可以实现边坡的稳定性、应力分布的优化、渗透变形的减小。本文在此基础上，结合已有的研究成果，结合规范的相关规定，提出了相应的计算方法，并对不同高度的加筋土挡墙进行了基础应力、应力不均匀系数、抗滑稳定系数等方面的研究，以期在保证结构稳定和安全的前提下，节省人力、物力和财力。在设计工作中，利用选用不同挡墙型式对稳定计算的成果分析，可以有效减少工作量，提高设计效率。