空箱擋墻在云夢大閘中的應用

郝　路，肖　偉

中工武大設計研究有限公司，湖北 武漢 430205

空箱擋墻在云夢大閘中的應用

郝路，肖偉

中工武大設計研究有限公司，湖北 武漢 430205

將空箱擋墻技術應用在云夢大閘的改建工程中.首先，根據閘址區工程地質情況，提出了地基加固處理措施.在工程設計部分，給出了空箱擋墻平面圖、縱剖面圖、地下輪廓線及典型段的分簡圖.然后對空箱擋墻的穩定性進行了分析驗算，主要包括水閘滲透穩定計算和擋墻抗滑穩定及基底應力計算.結果顯示，在基本荷載組合和特殊荷載組合兩種工況下，空箱基底應力的不均勻系數和抗滑穩定安全系數均滿足設計規范的要求.將空箱擋土墻技術應用在云夢大閘的改建中，可以增加水閘的整體穩定性.

空箱式擋土墻；云夢大閘；水閘穩定性

1　引　言

隨著社會的發展和技術的不斷進步，水工建筑物對各項技術提出了更高的要求.水閘是水利設施中的重要組成部分［1-2］，因而，對水閘設計方面的要求相應的提高了［3］.空箱擋土墻因為重力輕、地基應力分布均勻、效率高等優點成為水工建筑物最常用的方式，被廣泛應用于水閘連接和水閘設計中［4］.文獻［5］將空箱式擋墻應用在水電站水閘連接段中，水閘通過空箱擋墻與左岸連接起來，正好綜合性的滿足了多項指標要求.很多專家進行過有限元實驗計算，證明有空箱擋墻比沒有空箱擋墻的水閘在整體穩定性方面更加優越［6-7］.正是因為空箱擋墻的諸多優點，它還被廣泛應用在河堤工程、交通樞紐工程暗挖隧道以及溢洪道等工程中［8-10］.本文將空箱擋土墻技術應用在云夢大閘的改建中，以增加水閘的整體穩定性，對整個閘室的安全穩定具有重要意義.

2　工程建設背景

云夢大閘位于湖北省云夢縣縣河出口與府河左岸堤防交匯處，具體位置在沙河鄉境內.云夢大閘建于1960年，建成五十多年來，一直起著排澇灌溉任務，承雨面積110 km2，原設計最大過閘流量134 m3/s，排澇面積83.33 km2，灌溉面積106 km2，是一座Ⅲ等中型排、灌兩用閘.

經安全鑒定，云夢大閘主要運用指標達不到設計標準，工程存在嚴重損壞，綜合評定該閘為三類閘.依據水閘運行管理的相關規程規定，三類水閘必須進行更新改造后，才能保證水閘安全運行.根據該項目初步設計報告審查意見，云夢大閘除險加固方案為拆除重建閘室上部結構，加固閘底板和閘墩，拆除重建空箱擋墻等.

3　閘址區工程地質及地基加固處理措施

閘址區揭露地層有填土、第四系全新統沖積物和白堊系砂礫巖全風化殘積物，由上至下依次為素填土層（Qml）、淤泥質粉質黏土層（Q4l）、粉質黏土層（Q4

al）、粉土層（Q4al）、粉質黏土層（Q4

al）等.各土層承載力和力學性質指標如表1所示.云夢大閘所處地的工程地質剖面圖如圖1所示.

表1　各土層承載力、壓縮模量綜合成果表Tab.1　Comprehensive results of bearing capacity and compression modulus of each soil layer

圖1　工程地質剖面圖（單位：m）Fig.1　Profiles of engineering geology（unit：m）

根據地勘補充地質鉆孔資料，閘室左側空箱式擋墻部分建基面為較深厚的淤泥質粉質黏土層，施打松木樁加固地基，右岸空箱擋墻建基面則進行基礎換填，處理后地基承載力特征值fak= 130 kPa.

4　空箱擋墻設計

云夢水閘閘室兩側新建空箱擋墻對稱布置，空箱擋墻順水流方向長9.10 m，垂直水流方向寬16.4 m，底板呈階梯型與閘室、堤防填土相接，墻高9.90 m～13.10 m.擋墻底板厚0.8 m，與閘室相鄰邊墻厚0.5 m，其余三面邊墻厚0.6 m，縱橫隔墻厚度均為0.4 m，共8孔箱格，其中1孔箱格填滿開挖土料，利用空箱內填土、水重維持穩定.圖2是空箱擋墻平面圖，圖3是空箱擋墻縱剖面圖.

縱橫向隔墻設置Φ75PVC通氣孔、排水孔，主要用于調節空箱內氣壓，使空箱內水位與河道水位保持一致，以免因為河道水位的變化而引起空箱內外水位出現落差，影響結構穩定.

圖2　空箱擋墻平面圖（單位：mm）Fig.2　Plan of hollowed retaining wall（unit：mm）

圖3　空箱擋墻縱剖面圖（單位：mm）Fig.3　Longitudinal section diagram of hollowed retaining wall（unit：mm）

5　空箱擋墻穩定性驗算分析

空箱地下輪廓線及典型段劃分簡圖如圖4所示.

圖4　空箱地下輪廓線及典型段劃分簡圖（單位：mm）Fig.4　Diagram of underground contour and typical segment of hollowed case（unit：mm）

根據《水閘設計規范》（SL265－2001）、《水工擋土墻設計規范》（SL379－2007）、《水工混凝土結構設計規范》（SL191－2008）、《水工建筑物荷載設計規范》（DL5077－1997）和《建筑地基基礎設計規范》（GB50007－2011）分別進行滲流計算和穩定計算.

5.1滲流計算

根據規范，土基上空箱擋墻的滲流計算采用改進阻力系數法，共分3段，包括豎直段、空箱水平段、土層水平段.計算過程如下：

地基有效深度計算公式為：

式（1）中：Te為土基上空箱擋墻地基有效深度，m；L0為地下輪廓的水平投影長度，m；S0為地下輪廓的垂直投影長度，m.當計算的Te值大于地基實際深度時，Te值應按地基實際深度采用.

分段阻力系數計算公式為：

1）進出口段的阻力系數：

式（2）中：S為板樁或齒墻的入土深度，m；T為地基透水層深度，m.

2）內部垂直段阻力系數：

式（3）中：Lx為水平段長度，m；S1、S2為進出口段板樁或齒墻的入土深度，m.

4）各段水頭損失計算公式：

式（4）中：hi為各分段水頭損失值，m；εi為各分段的阻力系數.

5）進、出口段修正后的水頭損失值：

計算中考慮閘室段防滲的最不利工況，即防洪外水位31.83 m，內河最低水位24.20 m，上、下游水頭差ΔH=7.63 m.空箱底基礎為粉質黏土，允許滲透坡降0.60.水閘滲透穩定計算結果見表2.

根據表2顯示的計算成果，空箱水平段滲流坡降最大值0.355＜0.6，滿足安全要求.

表2　水閘滲透穩定計算成果表Tab.2　Calculation results of seepage stability of sluice gate

5.2穩定計算

根據《水工擋土墻設計規范》（SL379－2007），空箱擋墻基底應力計算公式為：

式（6）中：Pmax min為擋墻基底應力的最大或最小值，kPa；∑G為作用在擋墻上全部垂直于水平面的荷載，kN；A為擋墻基底面的面積，m2；∑M為作用在擋墻上全部豎向荷載對于水平面平行于前墻墻面方向形心軸的力矩之和，kN·m；W為擋墻基底面對于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩，m3.

土基上擋土墻沿基底面的抗滑穩定安全系數：

式（7）中：f為擋土墻基底面與地基間摩擦系數，粉質黏土地基，f取值0.3；∑H為作用在擋土墻上全部平行于基底面的荷載，kN.

根據規范，并結合擋墻實際運行情況，擋墻抗滑穩定及基底應力計算情況如表3所示.

表3的計算結果表明，基本荷載組合工況下，空箱基底應力的不均勻系數最大值為1.45＜1.5，抗滑穩定安全系數最小值為3.71＞1.25；特殊荷載組合工況下，空箱基底應力的不均勻系數為1.13＜2.00，抗滑穩定安全系數最小值為2.67＞1.10，均滿足規范要求.

表3　擋墻穩定計算水位Tab.3　Calculation results of water level of stable retaining wall

6　結　語

本文將空箱擋土墻技術應用在云夢大閘的改建工程中，對整個閘室的安全穩定具有重要意義.空箱擋土墻作為水閘閘室與兩岸堤防的過渡段，可以降低作用在閘室邊墩的邊荷載，從而減小邊墩應力，更進一步減小閘墩變形從而引起的閘門開啟困難，以及閘室不均勻沉降等一系列類似問題；從另一個角度來看，閘室底板內力和地基應力的降低，在設計中進一步減小底板及邊墩的厚度，使得地基應力變得均勻一致.

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本文編輯：龔曉寧

Hollowed Retaining Wall and Its Application in Project of Yunmeng Main Gate

HAO Lu，XIAO Wei

CAMCE WHU Design and Research Co.Ltd，Wuhan 430205，China

The hollowed retaining wall technology was applied in project of Yunmeng main gate.First，the measures for strengthening the foundation were proposed according to the engineering geological conditions of the site.The diagram of plan，longitudinal section and the underground contour and typical segment diagram of hollowed retaining wall were given respectively for the engineering design.Then，the stability of hollowed retaining wall was analyzed，including seepage stability calculation of sluice gate and anti-sliding stability of retaining wall.It demonstrates that the uneven coefficient of stress of empty base and anti-slide safety coefficient can meet the design requiremen under two kinds of conditions，the basic load combination and the special load combination.We suggest that we should adpot the hollowed retaining wall technology to improve the overall stability of the sluice in Yunmeng main gate.

hollowed retaining wall；Yunmeng main gate；stability of the sluice

郝路，工程師.E-mail：361243929@qq.com

TV5

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2016.04.012

1674-2869（2016）04-0376-06

2016-04-19