怀洪新河山西庄闸隔堤挡土墙除险加固方案研究

关 莹

一、引言

本文以怀洪新河山西庄闸隔堤挡土墙除险加固设计为例，针对水利工程某一部位出险，在经费紧张、时间较短的情况下，研究工程特殊部位除险加固的最佳设计方案，在不影响工程正常运行情况下，从根本上解决问题。

二、工程概况

怀洪新河山西庄闸建于1998年，位于安徽省怀洪新河香沱引河上，主要承担怀洪新河串沱湖分洪及香涧湖向沱湖引水的任务，设计分洪流量1150m3/s。该闸共7孔，单孔净宽10m，闸室为开敞式，两侧岸墙为空箱式，闸室及岸墙均为混凝土结构。两岸堤距225m，堤顶高程20.37m，滩地高程15.37m。水闸位于河道主槽，水闸通过两侧滩地上的隔堤与两岸河堤连接。隔堤与两岸河堤正交，隔堤长15.8m，堤顶高程20.37m，两侧边坡均为1∶2.5。隔堤采用锥坡型挡土墙与水闸空箱岸墙连接，挡土墙采用重力式浆砌石结构。

山西庄闸闸墩顶面下游侧布置有11m宽交通桥，桥面高程20.37m（1985国家高程基准，下同），交通桥设计标准为汽车—20t，验算荷载为挂车—100t。交通桥位于五河～固镇的S304省道上，近年来随着社会经济发展，车流量及重载车辆显著增加，水闸交通桥与隔堤连接处公路路面下陷，下游侧挡土墙中部断裂、移位。水平断裂长度9.1m，墙顶最大偏移量达15cm，严重影响水闸运行安全及公路交通安全。

表1 毛细孔半径和引起蒸发环境的相对湿度

三、挡土墙破坏原因分析

公路通过山西庄闸时路面靠下游侧设置，公路路缘与挡土墙间未设缓冲隔离带，车辆靠边行驶，动载直接冲击挡土墙，墙体为浆砌石结构，整体性和承受冲击动载性能较差，在长期动载作用下，沿砌体薄弱面疲劳破坏产生裂缝；加之近年来S304省道车流量和车辆荷载超标严重，进一步加速裂缝开展，导致路面开裂下陷，雨水渗入地下致挡土墙后土压力加大，而路面的凸凹不平又进一步增大了车辆通过时产生的冲击荷载，最终导致墙体结构发生剪切破坏，挡墙中间断裂、移位。

四、挡土墙加固设计

根据以上分析，加固设计只需将上部变形的砌石墙体拆除，代之以整体性和抗冲击变形能力较强的混凝土挡土墙，加宽公路人行道宽度，在挡土墙顶设置缓冲隔离带，即能排除挡土墙险情。但由于挡土墙拆除及墙后填土开挖，需拆除部分公路路面，即使按坡比1∶1放坡，也需拆除一半以上的路面，但S304省道交通频繁，附近无替代道路，需绕行较远，施工期断路或限制通行难度较大。鉴于上述原因，拟采用两种加固方案进行比较。方案一：对隔堤挡土墙裂缝以上的部分进行拆除重建；方案二：现有挡土墙前填土用于平衡墙背荷载，填土顶高程与现有路面齐平，最大顶宽2m，以1∶2锥坡与现有坡面及滩地面衔接。

1.加固设计方案一

将距墙顶3.0m内的浆砌石墙体拆除，下部墙体不动，在上部重新浇筑混凝土墙身，断面尺寸同原砌石断面，底高程17.37m，顶高程20.37m（与隔堤顶齐平），底宽2m。施工中做好新老结构结合面处理，剔除松动的块石，用细石混凝土灌满砌石缝空洞。考虑到老墙拆除，墙后填土开挖放坡，需拆除部分公路路面，由于路面总宽仅11m，开挖放坡受限制，不能采用常规缓于1∶2坡，设计采用1∶1陡坡，施工过程中应注意边坡临时防护。开挖后路面宽度仅剩5m多，应设专人维护交通，限制单向放行，同时基坑上口设置限位墩墙保证施工和通车安全。加固方案见图1。

2.加固设计方案二

在现有挡土墙前填土用于平衡墙背荷载，使断裂挡土墙不再挡土而保持相对稳定，不需开挖处理，只需对损毁的路面局部恢复，使雨水不再渗入地下。由于现有隔堤挡土墙前端距水闸下游翼墙最近仅7m，部分土压力将作用在翼墙上，因此在距离下游翼墙3m处设一道挡土墙。加固方案见图2。

3.加固方案比选

挡土墙加固设计方案一、方案二列表比选如表1。

挡土墙两种加固方案均满足安全运用要求，方案一在短时间内影响路面交通，开挖放坡影响到挡土墙后方路面宽度为5.5m，考虑到施工工作面要求，影响路面宽度约6m，该段路面宽11m，在做好相应交通指示标志后，设专人交通维护的情况下，剩余5m可满足道单向通行。方案二墙前平衡填土厚度定性计算较困难，加固设计布置及施工相对复杂；对水闸主体结构有一定不利影响，尤其下游翼墙基础较深，长期在水下，一旦出现连带问题，将很难处理。另新增墙前平衡填土和挡土墙改变了水闸外观，影响将来达标管理。方案二投资大于方案一。

综上比较，方案一与方案二相比具有布置和施工相对简单、对水闸主体结构和外貌无不利影响，投资较省等优点，选定方案一作为挡土墙除险加固设计方案。

五、方案实施效果

怀洪新河山西庄闸隔堤挡土墙选用方案一实施，仅用20多天就完成了工程除险加固任务，不仅没有中断公路桥交通影响S304省道的畅通，而且投资少、进度快，取得了显著的社会经济效益