岳池縣酉溪雙石溝110kV變電站新建工程擋土墻設(shè)計優(yōu)化

羅 衡，鄢 松

(1.四川省水利規(guī)劃研究院，成都，610072；2.中冶成都勘察研究總院有限公司，成都，610023)

擋土墻可分為重力式擋土墻、薄壁型擋土墻、錨定型擋土墻以及加筋土擋土墻等類型。不同擋土墻的作用以及特點也有不同，如何通過技術(shù)經(jīng)濟考慮擋土墻類型，需要根據(jù)實際的情況來優(yōu)化分析。本文擋土墻設(shè)計是根據(jù)本工程地形地質(zhì)情況，施工難度，進度要求，技術(shù)經(jīng)濟等進行綜合比較，優(yōu)化方案設(shè)計，取得較好成效。

1 工程概況

岳池縣酉溪雙石溝110kV變電站新建工程是在利用現(xiàn)酉溪35kV變電站站址進行新建，站址距酉溪鎮(zhèn)約500m，有公路通過，交通較方便。工程建設(shè)規(guī)模為本期1×40MVA，終期為2×40MVA。站址南側(cè)緊鄰酉溪河，地形呈北西高，南東低，場地高程303.17m～308.35m，在南側(cè)有一陡坡，相對高差約5.18m，斜坡底臨河邊建有堡坎。按照新建變電站總平面及豎向布置設(shè)計考慮，變電站場地標高確定為307.90m～308.10m，高于50年一遇的防洪標準。因此，需在場地南側(cè)回填區(qū)修建擋土墻，長度約80m。

2 站址巖土工程條件

2.1 巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標

根據(jù)場地巖土成因分析及相關(guān)指標測定，場地巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標[1]見表1。

表1 巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標

2.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，主要受大氣降雨及河流補給，向場地南側(cè)酉溪河排泄。地下水位及水量受季節(jié)影響較大，埋藏深度一般在4.60m～5.40m，對淺基礎(chǔ)開挖及施工影響不大。

據(jù)當?shù)亟ㄖ?jīng)驗，該區(qū)地下水對混凝土具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性[1]。

3 擋土墻初始方案

根據(jù)巖土工程勘測報告，建議對南側(cè)填方邊坡采用衡重式擋土墻支護，擋墻基底對地基的摩擦系數(shù)取0.25，墻后填土等效內(nèi)摩擦角30°。

按照建議方案考慮，擬建衡重式擋土墻墻高為9m～12m，基底寬度3m～4m，擋墻材料采用C15毛石混凝土(毛石混凝土的毛石摻入量不大于總體積的30%)。經(jīng)初步計算分析，衡重式擋土墻基礎(chǔ)應(yīng)放置在泥巖層(地基承載力特征值為：Fak=250kPa)，埋入巖石深度應(yīng)大于800mm～1000mm，并需考慮擴展基礎(chǔ)方能滿足承載力要求[2]。

若采用此方案，在擋土墻實施中，存在以下影響：

一是基坑開挖回填工作量大，基坑最大開挖深度達4m，開挖基底寬度達5m，加上基坑放坡要求，開挖工程量約2000多m3；

二是影響原站址河邊堡坎，由于本期新建擋土墻與原站區(qū)堡坎距離較近，采用大開挖方式需將原堡坎拆除，增加了工作難度；

三是面臨汛期河岸施工影響，按照項目進度要求，變電站將在當年6月全面動工，年底完成建設(shè)，擋土墻施工正好在主汛期期間，若遇到超標洪水，可能產(chǎn)生洪水漫灘淹沒開挖基坑，對施工安全、人員安全、進度保障等產(chǎn)生嚴重影響；

四是擋土墻墻體工程量大，模板支護、混凝土澆筑等要求高，施工工期長，對變電站整體實施進度造成影響；

五是投資增大，對業(yè)主控制總投資有一定的影響。

4 擋土墻優(yōu)化方案

4.1 優(yōu)化設(shè)計的考慮

(1)擋土墻優(yōu)化目的

解決衡重式擋土墻在軟土層較厚、地基承載力差的區(qū)域適應(yīng)性問題，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，考慮采用結(jié)構(gòu)輕巧，施工快，投資省的新型支檔結(jié)構(gòu)。

(2)擋土墻優(yōu)化擬解的主要問題

一是通過調(diào)整擋土墻型式，可減少擋土墻工程量，減少基礎(chǔ)開挖工程量，有效節(jié)約投資；

二是解決汛期臨河大開挖施工帶來的風(fēng)險；

三是通過減少工程量，加快擋土墻施工進度，為變電站場地內(nèi)構(gòu)支架、電器安裝施工創(chuàng)造條件。

4.2 擋土墻設(shè)計優(yōu)化方案

4.2.1 設(shè)計方案

結(jié)合本項目填方區(qū)軟土層較厚，地基承載力差的特點，擋土墻優(yōu)化設(shè)計方案擬采用樁基托梁擋土墻方案。

樁基托梁擋土墻采用樁距2.2m的兩排機械成孔灌注樁，樁縱向間距3.0m，灌注樁樁直徑為1000mm，樁長6m～10m，樁頂設(shè)寬3.8m、厚0.9m承臺，承臺上采用鋼筋混凝土薄壁式擋墻，擋墻高4.9m，承臺及擋墻沿縱向14.5m設(shè)變形縫分隔。擋土墻優(yōu)化設(shè)計斷面詳見圖1。

圖1 擋土墻優(yōu)化設(shè)計斷面

4.2.2 結(jié)構(gòu)分析計算

樁基托梁擋土墻主要用于解決覆蓋層厚，地基承載力較低的矛盾，但相關(guān)的理論研究還不夠完善，沒有形成樁基托梁擋土墻整體的理論研究體系。因此開展樁基托梁擋土墻設(shè)計需要理論結(jié)合實踐經(jīng)驗進行，在綜合考慮樁基托梁擋土墻設(shè)計受力特點、傳力機制情況下，可分解為樁基設(shè)計及擋土墻設(shè)計[3]。

(1)擋墻計算

采用頂部0.4m，底部0.8m，高4.9m的薄壁鋼筋混凝土擋墻，按懸臂立板進行結(jié)構(gòu)分析計算，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010)計算。計算得到每延米水平土壓力為Ea=105.42kN，擋墻底截面彎矩設(shè)計值M=355.78kN·m，剪力設(shè)計值V=142.31kN，截面豎向配筋采用HRB400鋼筋，φ20@150，通過驗算，正截面抗彎承載力及斜截面承載力驗算滿足要求。按荷載效應(yīng)的標準組合并考慮長期作用影響計算的最大裂縫寬度驗算ωmax=0.18mm，小于0.2mm，滿足要求[4]。

(2)樁基礎(chǔ)驗算

樁基主要對上部擋墻、托梁的豎向力和自身的重力進行支撐，并對后部坡體主動土壓力、承臺傳遞的水平力或坡體的整體下滑力進行支擋，樁基可考慮按多排樁高承臺樁基計算。

承臺前存在陡坎，不計入承臺底面土對承臺的反力，樁基按多排樁高承臺樁基計算，依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)附錄C考慮承臺基樁協(xié)同工作和土的彈性抗力作用進行計算分析[5-6]。

擋墻及承臺受的總土壓力，計算至陡坎下穩(wěn)定臺地(考慮偏安全)。經(jīng)計算水平土壓力Ea=178.29kN/m，按單個承臺(長度14.5m)范圍整體計算樁基受力，后排基樁樁頂豎向力N1=397kN，前排基樁樁頂豎向力N2=978kN，平均豎向力Nk=688kN，基樁樁頂水平力Hi=260kN，基樁樁身最大彎矩Mmax=706kN；按照直徑1000mm灌注樁，樁長10m，采用HRB400鋼筋，縱向鋼筋根數(shù)為24根，直徑20mm，結(jié)合樁灌入土層情況，可得到單樁水平承載力特征值Rha=480.88kN，單樁豎向承載力特征值Ra=1247.23kN。

單樁承載力驗算結(jié)果分析：Ra≥Nk，1.2Ra≥Nkmax(前排樁豎向力N2)，Rha≥Hi，滿足要求。

(3)承臺驗算

承臺作為樁基托梁擋土墻體系中部的單元，主要起到承上啟下的作用，即主要對上部擋墻傳遞的主動土壓力的水平力、擋墻重力和主動土壓力的豎向力提供支點，并和自身重力一起傳遞給下部的樁基。承臺受力計算可按受上部擋墻及下部樁基共同作用分析[6]。

承臺高度h=0.9m，寬度B=3.8m，按單個承臺(長度14.5m)范圍整體計算受力，采用HRB400級鋼筋，橫向配筋采用φ20@150，縱向配筋采用φ20@200。

承臺受力計算：最大彎矩M=6020.59kN·m，剪力最大值V=6602.50kN。

斜截面抗剪承載力驗算：V≤0.7f1bh0+1.25fyvAsvh0/s，滿足要求。

受沖切計算：N1≤[β1x(c2+a1y/2)+β1y(c1+a1x/2)]βhpfth0，滿足要求。

按荷載效應(yīng)的標準組合并考慮長期作用影響計算的最大裂縫寬度ωmax=0.19mm≤0.2mm，滿足要求。

(4)整體穩(wěn)定驗算

整體穩(wěn)定驗算采用瑞典圓弧滑動法計算。整體滑動驗算簡圖見圖2。

圖2 整體滑動驗算

計算結(jié)果：整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.639。

結(jié)論：整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks≥1.3，滿足要求。

5 結(jié)論

(1)通過擋土墻優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了加快施工進度、減少施工難度、節(jié)約投資的目的，項目建成運行后，擋土墻正常發(fā)揮作用且滿足設(shè)計要求。

(2)樁基托梁擋土墻是擋土墻與樁的組合形式，由托梁或鋼筋混凝土承臺相連接。樁基托梁主要解決地基承載力較低問題，可用于較厚的填方區(qū)，以及覆蓋層較厚、穩(wěn)定性較差的區(qū)域。樁基托梁擋土墻的這些特點擴大了一般擋土墻的使用范圍，可對類似場地擋墻項目提供新的思路。

(3)通過對優(yōu)化后樁基托梁擋土墻的分析計算，可供類似工程設(shè)計時參考。