小议某引水工程挡土墙设计_论文__墨水学术,论文发表,发表论文,职

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:169

副标题#e#
　　小议某引水工程挡土墙设计
　　彭国良
　　湖南省怀化市水利电力勘测设计研究院
　　《城市建设》2月份
　　摘要:随着社会发展，对引水工程设计要求越来越高。本文笔者通过多年工作经验，分析比较了扶壁式、悬臂式、衡重式挡土墙的优劣后，介绍引水工程选用扶壁式挡土墙方案，并对其进行设计及稳定计算。
　　关键词:挡土墙；设计；引水工程
　　1工程概况
　　某引水工程是防城港市供水水源项目之一，位于距防城区上游约1.2km的防城河下游出海河段。工程的开发任务为以供水为主，兼顾灌溉、发电和挡潮等综合利用，是该地区重要水利枢纽。
　　本工程任务主要以供水为主，工程等别按供水对象重要性确定为Ⅱ等，主要水工建筑物拦河闸坝、供水泵站和输水管线等按3级设计，设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为100年一遇；电站装机475kW，属小(2)型电站，按5级建筑物设计，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。工程区地震基本烈度为Ⅵ度，建筑物抗震不设防。
　　2挡土墙型式选择
　　拟建的左岸挡土墙与供水泵站相衔接，位于该坝址左坝头上。场地不平整，起伏较大，总体地势为北西侧高、南东侧低，地面高程为2.5～17m不等，岸坡自然坡度200～600。，河岸边较陡。
　　挡土墙区覆盖土层多为残坡积含碎石粉质粘土，密实，碎石成分为泥页岩、细砂岩等，下部砂卵砾石层级配较差，胶结良好；下伏基岩为志留系上统防城群(S3fn)中厚层状泥质粉砂岩、细砂岩及薄层状泥页岩，全强风化带埋深7～17m，岩石强度较高。
　　地基承载力标准值(fk)：砂卵砾石为0.3～0.5MPa，坡残积土及全风化基岩为0.2～0.35MPa，强～弱风化基岩为0.5～1.0MPa。
　　挡土墙除了具有防止土体崩塌的作用外，还具有挡水、侧向防渗等作用。挡土墙采用直线布置且紧接拦河闸，其高度和拦河闸的高度齐平，挡土墙填土后，顶部作为交通道路与拦河闸的交通桥连接。
　　挡土墙基础为砂卵砾石层，墙顶高程为15m，墙底高程0m，墙高15m，墙背填土为砂卵石；挡土墙前、背均挡水，故墙两侧有水位差出现的可能。设计初选悬臂式、衡重式和扶壁式3种型式的挡土墙进行比选。
　　2.1悬臂式挡土墙
　　悬臂式挡土墙由底板及固定在底板上的悬臂式直墙构成，主要依靠底板上的填土重量以维持稳定。其顶部厚度一般不小于20cm，底端厚度由计算确定。底板一般做成变厚度的型式，底面呈水平，板厚自直墙向两边减薄。底板长度由稳定计算确定，一般为墙高的0.6～0.8倍。根据水位及拦河闸的高度情况，初拟得出悬臂式挡土墙的尺寸，经过验算，悬臂式挡土墙的底宽太大，受力不好，开挖量很大，方案不理想。
　　2.2衡重式挡土墙
　　衡重式挡土墙是一种较特殊的断面结构，由墙身、衡重台与底板组成，其稳定主要靠墙身自重和衡重台上的填土重量维持，由于衡重台有减少土压力的作用，故衡重式挡土墙断面比较小，但因其底板较小，对地基条件的要求也较高。根据水位及拦河闸的高度情况，初拟出衡重式挡土墙的尺寸，经过验算，衡重式挡土墙的断面需要很大才能满足地基应
　　力的要求，开挖量也相当大。
　　2.3扶壁式挡土墙
　　扶壁式挡土墙主要是靠底板以上的填土重量维持稳定的，每隔3～5m距离有由底板向墙顶方向的倾斜的扶壁。这种受力状态大大优于悬臂式挡土墙和衡重式挡土墙，也因此扶壁式挡土墙的断面面积比悬臂式和衡重式的都小。初拟出扶壁式挡土墙的尺寸后，经验算，高度相同的情况下，悬臂式和衡重式挡土墙的底板都比扶壁式的大，开挖量和混凝土量比扶壁式大很多。
　　2.4推荐方案
　　经过计算等多方面比较，衡重式挡土墙施工方便，施工难度不大，但体积庞大，混凝土量大，开挖量也大，投资较大，故衡重式挡土墙不优；悬臂式挡土墙一般在6～8m高度之间，体积较为合理，受力也较好，但该处要#p#副标题#e#求高度超过12m，悬臂式挡土墙体积较大，开挖量也较大，受力不好，没有优势，故悬臂式挡土墙也不合适；扶壁式挡土墙施工方便，体积较为合理，投资较衡重式和悬臂式都省，作为左岸墙，位置犹为重要，岸墙和拦河闸的连接为工程的一大难点，而扶壁式挡墙能很好的解决了这一问题。故选扶壁式挡土墙作为该工程左岸的岸墙和拦河闸连接。综上所述，扶壁式挡土墙的在该引水工程拦河闸的岸墙布置中有较大的优势，故该工程的左岸岸墙采用扶壁式挡土墙方案，其最大的剖面见图1。
　　图l扶壁式挡土墙最大剖面示意图
　　3扶壁式挡土墙稳定应力分析计算
　　扶壁式挡土墙取最大高度的1#挡墙进行计算。墙体与扶壁、墙体及底板之间设有贴角。扶壁间距根据平面布置情况及安全要求，为5m，满足扶壁式的结构安全要求。1#扶壁式挡土墙和拦河闸的15#闸墩相连，作为左岸的岸墙，挡土墙的高度必须根据拦河闸及上游水位确定，故取1#扶壁式挡土墙底高程为0m，顶高程和拦河闸顶高程一致。所以，1#扶壁式挡土墙高15m，为该扶壁式岸墙的最大高度。
　　3.1扶壁式岸墙计算
　　扶壁式岸墙按一个分缝段进行抗滑稳定及应力计算，荷载组合及计算工况见表1。
　　荷载组合 计算部位及工况 设计计算水位 自重 水重 静水压力 扬压力 浪压力 土压力
　　基本荷载组合 
　　完建工况 墙前、墙背内外无水 √     √
　　 
　　设计洪水工况 墙前设计洪水位9.85m
　　墙前设计洪水位9.85m 
　　√ 
　　√ 
　　√ 
　　√  √
　　特殊荷载组合
　　 
　　洪水水位骤降工况 
　　墙前洪水位
　　10.2m
　　墙背洪水位
　　11.2m 
　　√ 
　　√ 
　　√ 
　　√ 
　　 
　　√
　　抗滑、抗弹、应力及抗倾覆稳足计算根琚《水工挡土墙设计规范}(SL379—2007)中的公式计算，
　　公式如下：
　　抗倾覆稳定系数：K0=(1)
　　地基垂直正应力：(2)
　　式中：—对岸墙前趾的抗倾覆力矩(kN•m)；
　　—对岸墙前趾的倾覆力矩(kN•m)；
　　—作用在岸墙上的全部竖向荷载(包括闸室基础底面上的扬压力在内，kN)；
　　∑M—作用在岸墙上的全部竖向和水平向荷载对基础底面垂直水流方向
　　的形心轴力矩(kN•m)；
　　A—基底面的面积(m2)；
　　W—基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩(m3)。
　　扶壁式岸墙及翼墙的建基面处在砂卵砾石层，其允许承载力为500kPa，摩擦系数f=0.4。稳定应力计算成果见表2。
　　表2扶壁式岸墙稳定应力计算成果表
　　荷载组合 计算部位及工况 设计计算水位 σmax σmin 应力比 抗滑Kc 抗倾Ko
　　基本荷载组合 完建工况 墙前、墙背内外无水 402 163 2.46 2.71 7.6
　　 设计洪水工况 墙前设计洪水位9.85m墙背设计洪水位9.85m 395 159 2.49 3.45 33
　　特殊荷载组合 洪水水位骤降工况 墙前洪水位10.2m墙背洪水位11.2m 415 141 2.95 3.13 51
　　表2计算成果表明，在基本荷载组合工况下，扶壁式岸墙的抗滑稳定安全系数Kc均大于1.25，基底最大应力和最小应力之比小于2.5；特殊荷载组合时，抗滑稳定安全系数Kc大于1.1，基底最大应力和最小应力之比小于3；基底最大应力均小于地基土(砂卵砾石)的允许承载力，满足规范要求。
　　4结语
　　该引水工程左岸扶壁式挡土墙与拦河闸15#闸墩紧紧相连，其结构布置一方面要满足左岸的地形地质情况要求，另一方面又要满足作为拦河闸岸墙的要求。施工实践证明，设计选用扶壁式挡土墙是正确的。
　　参考文献
　　#p#副标题#e#[1]王学文，《关于水利工程设计要求》，2009，中国水利
　　[2]SL379-2007，水工挡土墙设计规范[S]．