衡重式擋土墻在略陽縣城防洪中的應用

李瓊

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測設計院，陜西漢中723000）

衡重式擋土墻在略陽縣城防洪中的應用

李瓊

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測設計院，陜西漢中723000）

略陽縣城堤防設防標準不足，存在安全隱患，需修建擋土墻式防洪堤，根據略陽縣城實際，考慮防洪、生態、景觀需求，提出采用一階層重力式擋土墻固灘護腳防沖和二階層超高衡重式擋土墻共同防洪，經計算，該方案滿足要求，可有效節約工程投資，利用現有灘地創建景觀平臺，改善了略陽縣城人居環境，促進了人水和諧發展。

嘉陵江；縣城防洪；衡重式擋土墻；穩定計算

嘉陵江在陜西境內長243.8 km，流經鳳縣、略陽和寧強三縣區，其中略陽境內長86.75 km。干流上游流經山區河谷，蜿蜒盤旋，兩岸多為較堅硬巖石，河流橫向發展受到制約，河彎發展亦比較緩慢，河道多呈“U”型，水流湍急，洪枯水位變幅大。沿江兩岸階地不發育，耕地甚少。略陽縣城位于嘉陵江上游、陜西省西南部，漢中盆地西緣，屬山區縣城，人口密度較大，城區狹窄，土地資源十分緊缺。河道兩岸居民較多，現狀有零星破損的漿砌石護岸（居民樓位于擋土墻頂上），設防標準不足，河岸抗沖刷能力差，存在安全隱患。為保障兩岸人民生命財產安全，考慮地形、景觀等要求，擬修建擋土墻式防洪堤。

1 工程概況

略陽縣城防洪標準為20年一遇，堤防工程級別為4級。防洪工程的范圍為略陽縣城區嘉陵江右岸（樁號右57+025~58+345）以及左岸（樁號左57+624~57+900）兩段干流堤防，設計堤防總長1596 m。

嘉陵江右岸（樁號右57+025～58+345）位于中心城區的繁華地段，堤后有略陽縣幼兒園、火車站、農貿市場等需要保護，考慮城市景觀需求，依據生態治水理念，無灘不造灘，不侵占河道行洪斷面，結合現狀灘面，在臨水側布置景觀平臺，景觀平臺設計高程基本維持現狀，灘面高程達不到2年一遇防洪標準。

2 相關設計資料

（1）水文水位

嘉陵江干流樁號57+313斷面為略陽水文站的測量斷面，位于本次工程區段內。查實測水位～流量關系曲線得20年一遇洪峰流量Q=6820 m3/s，對應的水位為643.18 m（1956年黃海高程系統）。本文以該水文站斷面作為典型斷面進行工程斷面設計論述。

為確保建筑物安全，堤防基礎必須埋置在沖刷深度以下。防洪工程設計沖刷計算采用《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）[1]附錄D.2中相應的公式計算。

設計堤頂高程取設計洪水位加堤頂超高，超高為波浪爬高、風壅增高及安全加高三者之和，見表1。堤頂超高取1.5 m。

表1 計算成果表單位:m

（2）地質

設計堤防位于嘉陵江右岸河漫灘之上，沿線地形起伏變化較大，斷續建有標準、結構各異防洪設施，沿岸堆積有大量生活垃圾和建筑垃圾，環境惡劣。

設計堤線沿線上部為全新統沖積層，其組成為粉土、粉、細砂、中粗砂、礫石層、卵石組成，底部為中更新統沖積成因的礫石層，基巖埋藏深度較大。粉土、粉細砂、中粗砂層，呈松散～稍密狀，承載力低，易發生壓縮變形，不宜作為建筑物地基；礫石層、卵石層，呈稍密～中密狀，承載力中等，可作為一般建筑物的地基；中更新統礫石層，呈半膠結狀，地基承載力較高，是較好的天然地基。

設計堤防處于嘉陵江兩岸河漫灘、基巖岸邊，地下水為主要賦存于松散覆蓋層和基巖風化帶中的孔隙型潛水和裂隙型潛水。地下水位總體上向河谷方向排泄。新建擋土墻后，會使地下水排泄不暢，地下水位升高，尤其是雨季，降水入滲后，水位升高幅度較大，孔隙水壓力增大，將對擋土墻造成破壞。因此，設計時考慮沿岸地下水對擋土墻的不利影響，采取必要的排水措施。

設計防洪擋土墻基礎多處于下部砂礫石層之上，根據顆粒分析成果，其主要為含細粒的礫和級配良好的礫。設計地基承載力不小于280 kPa。

依據該河段地勘成果選取計算參數，見表2。

3 工程設計

（1）斷面型式

略陽縣城人口較多、土地緊張，在不影響防洪度汛的前提下，考慮水景觀需求，依托現有灘面，形成親水平臺，既能美化縣城人居環境、又可避免防洪墻過高。防洪堤設計總體分為兩個階層：一階層用于固灘、防沖、護腳，設計采用重力擋土墻型式，灘面高程為631.38 m，重力式擋土墻采用C15埋石砼，墻高8.0 m頂寬1.3 m，底寬4.9 m，臨水坡坡比1:0.45，背水坡垂直，基礎厚度1.3 m；二階層應滿足20年一遇防洪標準要求，設計堤頂高程644.68 m。

表2 墻背填筑料（Dr≥0.65）的物理、力學指標建議值表

衡重式擋土墻利用衡重臺上部填土的土壓力作用和全墻重心的后移來增加墻身穩定性，可以有效節省建筑材料，減少基礎開挖量。衡重式擋土墻具有以下優點：①能有效降低土壓力；②利用減重臺上的填土重增加自身穩定，并使地基應力分布較為均勻；③材料用量較梯形斷面少15%~25%。④對于高擋土墻，相對于扶臂式、板樁式等衡重式開挖量小，施工更為簡便。從略陽縣城實際情況看，考慮施工方便、經濟合理及工程實施方面，二階層綜合選取衡重式擋土墻形式最優。

該位置堤后居民區地面高程為640.0~642 m，若二階層衡重式擋土墻墻頂高程達到644.68 m，雖滿足20年防洪標準要求，但人與水被高墻阻隔，無法滿足城水相融、生態優美、人水和諧要求，且需拆除現有廠礦企業、居民樓等公共設施墊高地勢重建，不具有可行性。

經過多次現場踏勘、綜合分析，對二階層部分考慮如下設計方案：

斷面形式為組合式（衡重式擋土墻與砂卵石土堤組合），設計堤頂高程為20年一遇設計洪水位加安全超高?？紤]大多數地段現狀高程，結合該地實際情況，并從經濟、施工以及防洪安全等多方面考慮，采用分期實施方案：將一期實施高程確定為20年一遇洪水位高程，最大墻高14.8 m，墻頂厚度1.0 m，擋土墻采用C15埋石砼澆筑，臨水面墻面坡比為1∶0.20，上墻背坡比1∶-0.20，下墻背坡比1∶0.20，采用1.5 m厚C25砼作基礎，底寬7.2 m。一期堤頂以上部分采用砂卵石回填土堤形式，作為二期工程實施，高度1.5 m，兩側坡比均為1∶1.5，臨水面采用30～50 cm厚M7.5漿砌石護坡砌護，堤頂寬度5.0 m。

工程斷面設計圖見圖1。

考慮到略陽縣城整體防洪能力不足，要求全部城防達到抵御20年一遇洪水標準，逐步實施可能需要較長時間，將二階層方案分為二期實施方案，更切合該地的實際情況。

（2）穩定計算

擋墻穩定分析包括抗滑、抗傾、地基應力分析。

①抗滑穩定：采用《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）[1]F.0.6計算。

式中，Kc為抗滑穩定安全系數；蒡W為作用于墻體上的全部垂直力的總和（kN）；蒡P為作用于墻體上的全部水平力的總和（kN）；f為底板與堤基之間的摩擦系數。

②抗傾穩定：采用《堤防設計規范》（GB 50286-2013）[1]F.0.7計算。

式中：KO為抗傾穩定安全系數；MV為抗傾覆力矩（kN·m）；MH為傾覆力矩（kN·m）；

③基地應力：采用《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）[1]F.0.8計算。

式中：σmax、min為基底的最大、最小應力（kPa）；ΣG為垂直荷載（kN）；A為底板面積（m2）；ΣM為荷載對底板形心軸的力矩（kN·m）；ΣW為底板的截面系數（m3）；

由于工程區位于地震Ⅶ度設防區，堤防應進行正常和非常（遇地震）兩種情況進行計算，本次考慮施工及運行各時期的具體情況，分四種工況[2]進行穩定計算，包括抗滑和抗傾穩定復核。本次設計的衡重式擋土墻高度較大，為了安全起見，對承載臺處的截面應力進行復核。穩定計算各參數見表3，各種工況的計算結果見表4。

由以上計算結果可見，計算的安全系數和應力值均小于允許值，滿足設計要求。

（3）細部構造設計[3]

本次設計衡重式擋土墻高14.8 m，高度較高，考慮沿岸地下水對擋土墻的不利影響，擋土墻墻體內預埋Φ50 PVC排水孔，間距2.0 m，呈梅花形布置，墻背排水孔用土工布包裹。墻身設置變形縫，縫距10 m，縫寬2 cm，采用聚乙烯閉孔泡沫板填塞。

表3 穩定計算物理參數表

4 結語

山區城市防洪工程的建設往往與城市景觀、城市用地及拆遷等的矛盾突出，針對略陽縣縣城實際情況，工程設計采用一階層重力式擋土墻固灘護腳防沖和二階層超高衡重式擋土墻共同防洪，經計算滿足要求。該設計方案采用衡重式擋土墻，有效節約了工程投資，并利用現有灘地創建景觀平臺，改善了略陽縣城人居環境，促進了人水和諧發展，可供類似工程參考。

[1]GB 50286—2013，堤防工程設計規范[S].2013.

[2]SL 379—2007，水工擋土墻設計規范[S].2017.

[3]薛殿基，馮仲林.擋土墻設計實用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2013.12.

表4 衡重式擋土墻穩定計算成果表

TV671

B

1673-9000（2017）03-0133-03

2017-04-13

李瓊（1988-），女，陜西臨潼人，助理工程師，主要從事水利水電工程設計工作。