淺談超高空箱式擋土墻設計與施工

郝明孫強（遼寧省水利水電勘測設計研究院　遼寧　沈陽　110006）

淺談超高空箱式擋土墻設計與施工

郝明孫強
（遼寧省水利水電勘測設計研究院遼寧沈陽110006）

本文以東北地區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，總結出空箱式擋墻做為高擋墻的優勢，即對地基適用性較強，穩定性好，但其結構較復雜，計算繁瑣，但是采用解析法與軟件計算相結合的方法，計算結果會更加合理，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；進占式回填

水工擋土墻在水工建筑物設計中廣泛應用，如水電站倒流墻、水閘、渠系工程、河岸翼墻等。根據擋土墻布置地區的地質條件，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，多數情況下，擋土墻的設計較為簡單，高度較低，一般設計高度在10m以下。但是，當擋土墻的布置受到地質條件、空間位置、投資控制、施工條件限制，且高度很高的情況下，擋墻的選型和設計就會變得異常困難，或者難以按擋墻形式實現。在此，則需要進行專門的選型和方案論證，下面以東北地區桓仁供水隧洞出口電站消能工程中的超高擋墻為工程實例，對超高空箱式擋墻的設計和施工進行綜合論述。

1　基本資料

1.1工程概況

東北地區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，且滿足兩側的檢修，在中部設置中隔墩。當電站在不同工況下運行時，兩側的出流情況不同，且兩側水位不同，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巖及安山巖，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，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巖，紫紅色，弱風化為主，隱晶質結構，塊狀構造，為硬質巖。中隔墩擋墻所在地質條件見表1.1所示。

1.2計算工況及水位組合

尾水渠在不同工況下，中隔墩兩側水位不同，中隔墩擋墻的受力也不同，施工期間兩側均無水；檢修期間，分調流閥單側檢修和機組側檢修，即其中一側無水，一側有水，水位為236.0m，最高水位差為14.208m；正常運行期間，兩側均有水，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　　懸臂擋墻設計參數

2　擋墻設計對比

2.1擋土墻類型比選

此尾水渠從功能實現上來考慮，中隔墩擋墻需滿足幾個條件：

1）外形條件，兩側墻面平順、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　　空箱式擋墻設計參數

圖3.1　空箱式擋墻分層施工流程圖

表2.3　　主要工程量對比（10m工程量）

2）地質條件，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，擋墻基礎和整體穩定性需滿足要求；

3）施工條件，因擋墻較高，且兩側無支撐，擋墻澆筑施工難度較大，需結合多方面進行認證施工方案，在后續第4節專門研究。

4）節省投資，擋墻選型需經濟合理，滿足施工條件下的投資最小。

按《水工擋土墻設計規范》［1］4.2.4條，擋土墻高度在6m以上時，在地基承載力允許的情況下，可采用扶壁式結構，懸臂式或空箱式擋墻。其中扶壁式擋墻外形條件不能滿足，中隔墩擋墻無法設置扶壁；只可能按懸臂式和空箱式擋墻設計。因此，按懸臂式和空箱式進行進一步認證。

2.2懸臂式擋土墻

懸臂式擋土墻的設計包括立墻、趾踵板的結構計算與配筋。立板為底部固定在底板上的懸臂板，取單寬截條，按受彎懸臂梁進行內力計算；趾踵板為一端固定的懸臂板，取單寬截條，也按受彎計算懸臂梁進行計算［2］。最終設計參數詳見表2.1所示。斷面圖詳見圖2.1所示。

2.3空箱式擋土墻

空箱式擋墻結構較為復雜，主要分為前立墻和后立墻內力計算，趾踵板結構計算，且前后立墻中需設置中隔板，所以受力條件遠比懸臂式擋土墻復雜，所以本文采用解析法與結構計算軟件相結合的方法進行分析。

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，最高水位差為14.208m，因立墻內有中隔板，將前后立墻按雙向板進行內力計算，趾踵板沒有扶壁，可取單寬板條計算。軟件計算需注意幾個方面，浸水地區擋墻，且地基條件按照上述不同巖層取值，取小段梁長，不同地質條件分算，取最大計算參數。兩種方法計算結果詳見表2.2所示。斷面圖詳見圖2.2所示。

從兩種計算方法可以看出，在相同尺寸條件下，軟件計算結果與解析法計算結果存在一定的差別，主要是因為解析法是取懸臂板、趾板及踵板單位板寬分離單獨按板的配筋計算，且擋土墻地基反力、土壓力等荷載簡化取值，對軟件計算是一種校核與輔助，以免出現大的結果偏差，計算結果較合理，最終按偏安全取值。

2.4選型結果

懸臂式擋墻和空箱式擋墻均需設置抗滑凸榫來滿足抗滑要求，兩者同時滿足結構計算的前提下，從工程投資方面進行比較，結果見表2.3所示。

因此，空箱式擋墻比懸臂式擋墻節省較大投資。從穩定性方面，懸臂式需要布置較大抗滑凸榫且對地基承載力要求較高，底板應力較大；抗傾覆安全系數較空箱式低，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

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，中隔墩兩側均無支撐，且底板高程均在221.792m左右，模板架設困難，需分三層澆筑，鋼筋骨架需一次成型不應有分段焊接，因此，骨架頂端借助現場吊車進行固定。

施工另一難點為箱體內土體回填，為給空箱式擋墻增加抗滑與抗傾穩定性，箱體回填土需密實，增加重力［4］。因中墩截面較小，只能采用小型設備，待混凝土強度達到要求后，采用進占式進行回填，人工分層壓實。施工流程圖詳見4.1所示。

4　結論

（1）本文通過地基、結構形式、適用性方面的對比分析，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，且設計結果合理，科學，最節省投資，為同類工程起到很好的借鑒作用。

（2）空箱式擋土墻結構復雜，對于此工程獨立空箱式擋墻中墩，本主通分層澆筑，進占式回填箱內填土，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計中科學、合理。陜西水利

［1］水工擋土墻設計規范［S］.SL379-2007.

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

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

［4］王頌.箱型重力式混凝土擋土墻優化設計研究［D］.長安大學，2012.

（責任編輯：暢妮）

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