宿遷市黃河故道K54+830～K56+300段擋洪墻工程設計實例

馬興高 賀淑全 許 生 唐 波

（宿遷市水務勘測設計研究有限公司 宿遷 223800）

1 工程概況

由于黃河故道K54+830～K56+300段河道較窄，且堤防外側(cè)均為農(nóng)村集體土地，為減少用地矛盾，便于工程實施，同時滿足防洪要求，該工程段采用擋洪墻結(jié)構(gòu)。擋洪墻工程級別按照《水工擋土墻設計規(guī)范》（SL379-2007）中要求確定，具有直接防洪作用的水工擋土墻，其級別不應低于所屬堤防的級別。則K54+830～K56+300段擋洪墻工程級別為2級。

黃河故道K54+830～K56+300，堤距僅60m，且子堤內(nèi)無灘地，其設計河道底寬為50m，無擴挖空間，為滿足過水能力需求，該段河道需建二級擋墻。由于該段河道位于洋河新區(qū)城區(qū)段，考慮工程實施后整體效果，保證上下游親水平臺連貫性，此次1級擋墻為河底至現(xiàn)狀親水平臺，墻高4.2m；2級擋墻為親水平臺至堤頂，墻高為1.9m。

2 方案比選

擋墻的形式很多，其中扶壁式擋墻能增強墻體的抗彎性能、減少鋼筋用量，在墻高較大或地基土質(zhì)情況較差時經(jīng)常采用。對于高度超出4.0m的擋洪墻，一般采用懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻，考慮該工程段為2級堤防，工程級別較高，加之后期堤頂?shù)缆方ㄔO，超載較大，本次選用結(jié)構(gòu)強度更大的扶壁式擋土墻。

圖1 重力式擋洪墻橫斷面圖

對于高度2.0～3.5m的擋洪墻結(jié)構(gòu)形式，提出重力式擋洪墻、生態(tài)格網(wǎng)擋洪墻、懸臂式擋洪墻3種方案，各方案見圖1～圖3。

二級擋洪墻三種方案比較結(jié)果見表1。

圖2 生態(tài)格網(wǎng)擋洪墻橫斷面圖

圖3 懸臂式擋洪墻橫斷面圖

表1 二級擋洪墻方案比較表

由表1分析可知，相較于方案一、二，方案三雖然工藝較復雜，工期較長，但是對堤后占地影響較小，抗?jié)B流穩(wěn)定良好，水泥土回填量較小，投資最少。因此，綜合考慮堤后占地、工程投資等因素，推薦方案三。

3 穩(wěn)定計算

黃河故道沿線堤防土質(zhì)多為砂土、粉土，土質(zhì)較差，易沖刷，易淤積，粉粒和砂粒的含量高達75%～90%，有“風來起沙，雨來流沙”之說。該段堤防地基承載力較差，對穩(wěn)定計算要求很高，而穩(wěn)定計算成果直接關(guān)系著工程設計的安全性。

3.1 特征水位表

該段擋洪墻工程，包括一級擋土墻為5.0m高扶壁式擋墻，二級擋土墻為2.7m高懸臂式擋墻。擋墻不同工況的特征水位見表2。

3.2 地質(zhì)參數(shù)

該工程土層分布情況采用《宿遷市黃河故道干河整治工程巖土工程勘測報告》（江蘇省巖土工程勘察設計研究院）中的勘探成果。宿遷市黃河故道K54+830～K56+300，沿線土層分布情況見圖4。

據(jù)物理力學指標、標貫擊數(shù)，并結(jié)合工程經(jīng)驗，確定了地基土的允許承載力建議值，地基土勘探試驗成果見表3。扶壁式擋土墻基礎底板高程為17.00m，持力層為④層粉砂夾粉土；懸臂式擋土墻基礎底板高程為21.20m，持力層為10%水泥回填土。

3.3 穩(wěn)定計算

擋土墻斷面尺寸見圖5。

3.3.1 計算原理

a.抗滑計算

參考《水工擋土墻設計規(guī)范》（SL379-2007），抗滑計算公式如下：

式中：Kc—沿擋土墻基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f—擋土墻基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；

ΣG—作用在擋土墻的全部豎向荷載（kN）；

ΣH—作用在擋土墻上的全部水平向荷載（kN）。

b.抗傾覆穩(wěn)定計算

參考《水工擋土墻設計規(guī)范》（SL379-2007），擋土墻抗傾覆穩(wěn)定計算公式為：

式中：K0—擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；

ΣMV—對擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；

ΣMH—對擋土墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

c.地基應力計算

參考《水工擋土墻設計規(guī)范》（SL379-2007），擋土墻基地應力計算公式為：

圖4 工程位置地質(zhì)剖面圖

表2 特征水位表

圖5 擋土墻斷面圖

表3 工程地基土勘探試驗成果采用表

式中：Pmax/min—擋土墻基底應力的最大值或最小值（kPa）；

ΣG—作用在擋土墻的全部豎向荷載；

ΣM—作用在擋土墻上的全部豎向和水平向荷載對于基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩（kN·m）；

A—擋土墻基底面的面積（m2）；

W—擋土墻基底對于底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）。

表4 擋洪墻穩(wěn)定計算結(jié)果表

計算其不均勻系數(shù)，其計算公式為：η=Pmax/Pmin。

3.3.2 計算結(jié)果

擋洪墻穩(wěn)定計算結(jié)果見表4。

由表4可知，其中施工期平均基底應力91.39 kPa＜100kPa，最大基底應力雖大于100kPa，但不大于地基允許承載力的1.2倍，滿足規(guī)范要求。該工程施工期、運行期、驟降工況、地震工況地基應力、不均勻系數(shù)、抗滑安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文通過對宿遷市黃河故道 K54+830～K56+300 段 擋 洪 墻工程設計方案比選，在滿足防洪安全前提下，兼顧景觀、工程占地、工程投資等，二級擋洪墻選用懸臂式結(jié)構(gòu)為最佳方案。另外，該工程二級擋墻基礎持力層使用10%水泥土回填土，成本較高，若將一級、二級擋墻合并建設，可考慮空箱擋墻形式■