浑河闸冲沙闸边墙的结构设计

□孙德升（辽宁省大伙房水库管理局）

□赖增科（辽宁省水利水电勘测设计研究院）

0 引言

浑河闸（亦称谟家堡闸）位于浑河中下游，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。冲沙闸挡墙位于浑河闸冲沙闸H0+025―H0+043老闸边墩处，该工程为拆除老冲沙闸边墩重建挡墙，结构形式为衡重式挡土墙。

该挡墙正上方为沈大高速公路复线（109省道）跨浑河闸大桥，迎水面距离桥桩最短距离3.80m。挡墙下游为沈阳绕城高速跨浑河闸大桥，由于桥板底部和墙后地面空隙很小，大约只有1m左右，因此存在支模和无法进行机械施工作业等困难。考虑以上因素，经分析采取对采用的衡重式挡墙结构进行适当调整，并在满足挡墙结构稳定的前提下，在迎水侧（也就是冲沙闸下游护坦）进行施工布置。

1 技术选择

设计人员对悬臂式挡土墙和衡重式挡土墙进行了比较，其中，悬臂式挡土墙底宽需要达到7.40m才能保证基础应力和墙身自身稳定满足规范要求，因此需要进行大开挖，但是工程现场不具备大开挖的条件，而且大开挖至少会把附近老高速公路桥桥桩周围土体挖掉8m以上，使桥桩摩擦力大大减少，会产生不可预料的不利影响；而且悬臂式挡墙需要人工绑扎钢筋，工艺较复杂，在如此狭窄的场地内很难实施，因此不考虑悬臂式挡土墙。

墙址处原来有老冲沙闸边墩，本次改造工程中已经拆除。为了方便施工，提高工作效率，在拆除和新建挡墙过程中，关闭冲沙闸闸门，使机械和人员可以在冲沙闸下游护坦底板上行走和作业。

边墩拆除后，原墙后填土自然状态下坡度约为1：0.20左右，如果采用衡重式挡土墙，现状土坡基本上不需要进一步开挖，因此技术人员决定采用衡重式挡土墙，其优点主要有：衡重台上部填土有土压力作用，可以让重心后移，墙体稳定性增强，基础受力比较均匀；仰斜式下墙受力合理；下墙背水坡可以利用平整压实后的自然土坡支模，迎水坡场地开阔，便于支模，混凝土罐车可以在冲沙闸底板上进行泵送浇筑混凝土，施工方便，墙底部占地面积小，可减少开挖与回填量，对周围桥桩桩侧土体开挖深度<2m，对桥桩的摩擦力影响很小。

衡重式挡土墙的断面尺寸一般为：上墙与下墙的比例为4:6，衡重台宽度为墙高的0.25~0.35倍，墙顶取0.30~0.60m，上墙俯斜坡度1:0.25~1:0.45，下墙仰斜坡度为1:0.20~1:0.30。墙面一般为直线形，其坡度应与墙背坡度相协调。挡墙结构见图1。

图1 衡重式挡土墙结构示意图

1.1 墙身尺寸

根据工程的防洪标准和上述要求，初步确定墙身总高为9.40m，其中上墙高3.50m，下墙高5.90m，墙顶宽0.50m，台宽4.00m，上墙背坡倾斜坡度1:0.40，下墙背坡倾斜坡度1:-0.20，墙趾台阶宽1.00m，墙趾台阶高1.50m。

1.2 墙体材料选择

常见的衡重式挡墙的墙体材料有浆砌石和混凝土，浆砌石造价低，但是由于施工场地狭小，石料只能人工运送至施工现场，人工进行砌筑，需要的时间很长，影响工期。混凝土造价较高，但是可以采用泵送方式浇筑，施工简便，施工速度快，能够保证工期，因此挡墙材料采用混凝土。

2 计算与分析

2.1 基本设计资料

2.1.1 地质情况

地表主要为砾砂，局部夹粘质粉土层，层厚1m左右，以下为砾砂，砂砾成分主要以火山岩为主，分布均匀，层厚1.00~5.40m，允许承载力为 [σ]=360 kPa；基底摩擦系数为f在0.40~0.50之间，取0.40。

2.1.2 墙背填料

考虑到造价和方便施工的要求，优先选择当地土料作为墙背回填料，根据地勘资料，当地土料为砾砂，属于轻微冻胀土料，而且内摩擦角φ=33~35°，容重γ=17 kN/m3，性质稳定，透水性好，是良好的墙背回填土料，因此选择就地开挖的砾砂作为墙背填料。

2.1.3 墙体材料

混凝土标号选择：根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008），该挡墙所处环境为三类环境，三类环境下混凝土最低强度等级为C25；根据《水工建筑物抗冻设计规范》，工程为严寒地区挡墙，确定混凝土抗冻等级为F150，因此挡墙填筑选用C25F150混凝土，容重γr=24 kN/m3。

2.1.4 设计荷载

按完建期墙后水位3.40m高（相对墙底）计算。

2.1.5 规范要求稳定系数

2.2 挡土墙稳定性验算

荷载组合:取完建期（墙前没有河水顶托，属不利运行状态）的情况进行稳定计算与比较，作用的荷载有：挡土墙自重，墙背填土重，水平土压力，墙后水压力，基底浮托力。

计算上墙土压力:土压力按库仑主动土压力计算。

按假想墙背计算得到:

第1破裂角： 0.00(度)

表1 地下水作用力参数表

衡重台上填料重W1=192.88(kN)重心坐标(3.156,-2.01)(相对于墙面坡上角点)

2.2.1 滑动稳定性验算

3 结论

根据计算结果，衡重式挡土墙这种形式满足现场地形的要求，而且抗滑、抗倾、最大最小应力比、最大压应力均满足规范要求，墙体是安全可靠的，该形式挡土墙施工简便，对地形有很好的适应能力，能够满足工程需要。

[1]杨位洸，张克恭.地基及基础[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[2]高大钊主编.土力学与基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[3]王仕传,黄茂松.刚性挡土墙主动土压力分析[J].建筑结构,2005(07).