浅谈超高空箱式挡土墙设计与施工

郝明孙强（辽宁省水利水电勘测设计研究院　辽宁　沈阳　110006）

浅谈超高空箱式挡土墙设计与施工

郝明孙强
（辽宁省水利水电勘测设计研究院辽宁沈阳110006）

本文以东北地区桓仁供水隧洞出口电站消能尾水渠工程为例，分析了超高挡墙的形式，总结出空箱式挡墙做为高挡墙的优势，即对地基适用性较强，稳定性好，但其结构较复杂，计算繁琐，但是采用解析法与软件计算相结合的方法，计算结果会更加合理，投资更少。还提出了本工程空箱式挡墙的施工方法，有效解决了空箱式挡墙施工的难题，可为同类工程提供参考。

尾水渠工程；超高挡墙；空箱式挡墙；进占式回填

水工挡土墙在水工建筑物设计中广泛应用，如水电站倒流墙、水闸、渠系工程、河岸翼墙等。根据挡土墙布置地区的地质条件，可以采用多种形式，如重力式、半重力式、仰斜式、衡重式、悬臂式、扶壁式等。

然而，多数情况下，挡土墙的设计较为简单，高度较低，一般设计高度在10m以下。但是，当挡土墙的布置受到地质条件、空间位置、投资控制、施工条件限制，且高度很高的情况下，挡墙的选型和设计就会变得异常困难，或者难以按挡墙形式实现。在此，则需要进行专门的选型和方案论证，下面以东北地区桓仁供水隧洞出口电站消能工程中的超高挡墙为工程实例，对超高空箱式挡墙的设计和施工进行综合论述。

1　基本资料

1.1工程概况

东北地区桓仁供水隧洞出口电站消能工程由两部分组成，一部分是挑流消能阀尾水渠段，另一部分是水轮机出流尾水渠段。尾水渠出口高程很低，考虑到高速出流需要消能，底板沿出流方向呈反坡，反坡坡度为1∶3.0。为使两部分出流平顺，正常使用互不干扰，且满足两侧的检修，在中部设置中隔墩。当电站在不同工况下运行时，两侧的出流情况不同，且两侧水位不同，最高水位差为14.208m。具体布置情况详见图1.1所示。

中隔墩所在位置地面高程为236.0m左右，从上到下第一层为杂填土，厚度约为1m～3m，第二层为粉质粘土，厚度约为2.0m～4.0m，平均底高程为231.0m；第三层为坡积碎石土，石块成分主要为岩屑凝灰岩及安山岩，厚度约为1.8m～5.0m，平均底高程为229.0m；第四层为砂卵砾石层，饱和，稍密～密实，厚度约为4.2m～6.3m，平均底高程为225.0m；第五层为果松组岩屑凝灰岩，紫红色，弱风化为主，隐晶质结构，块状构造，为硬质岩。中隔墩挡墙所在地质条件见表1.1所示。

1.2计算工况及水位组合

尾水渠在不同工况下，中隔墩两侧水位不同，中隔墩挡墙的受力也不同，施工期间两侧均无水；检修期间，分调流阀单侧检修和机组侧检修，即其中一侧无水，一侧有水，水位为236.0m，最高水位差为14.208m；正常运行期间，两侧均有水，且水位均为236.0m。各工况详见表1.2所示。

图1.1　中隔墩布置图

表1.1　　地基土承载力建议值

表1.2　　尾水渠不同工况表

表2.1　　悬臂挡墙设计参数

2　挡墙设计对比

2.1挡土墙类型比选

此尾水渠从功能实现上来考虑，中隔墩挡墙需满足几个条件：

1）外形条件，两侧墙面平顺、平滑、无扶壁格挡等有利于出流，高度需20m及以上；

图2.1　悬臂式挡墙断面图（单位：mm）

图2.2　空箱式挡墙断面图（单位：mm）

表2.2　　空箱式挡墙设计参数

图3.1　空箱式挡墙分层施工流程图

表2.3　　主要工程量对比（10m工程量）

2）地质条件，因尾水渠为1∶3.0的反坡，中隔墩挡墙坐落于1∶3的坡度上，且在坡度上不同高程处地层岩性不同，挡墙基础和整体稳定性需满足要求；

3）施工条件，因挡墙较高，且两侧无支撑，挡墙浇筑施工难度较大，需结合多方面进行认证施工方案，在后续第4节专门研究。

4）节省投资，挡墙选型需经济合理，满足施工条件下的投资最小。

按《水工挡土墙设计规范》［1］4.2.4条，挡土墙高度在6m以上时，在地基承载力允许的情况下，可采用扶壁式结构，悬臂式或空箱式挡墙。其中扶壁式挡墙外形条件不能满足，中隔墩挡墙无法设置扶壁；只可能按悬臂式和空箱式挡墙设计。因此，按悬臂式和空箱式进行进一步认证。

2.2悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙的设计包括立墙、趾踵板的结构计算与配筋。立板为底部固定在底板上的悬臂板，取单宽截条，按受弯悬臂梁进行内力计算；趾踵板为一端固定的悬臂板，取单宽截条，也按受弯计算悬臂梁进行计算［2］。最终设计参数详见表2.1所示。断面图详见图2.1所示。

2.3空箱式挡土墙

空箱式挡墙结构较为复杂，主要分为前立墙和后立墙内力计算，趾踵板结构计算，且前后立墙中需设置中隔板，所以受力条件远比悬臂式挡土墙复杂，所以本文采用解析法与结构计算软件相结合的方法进行分析。

首先，将处于反坡上的中隔墩分为三段，最高一段为11m，解析法取最高一段的平均水位差，其中两种检修工况最为危险，最高水位差为14.208m，因立墙内有中隔板，将前后立墙按双向板进行内力计算，趾踵板没有扶壁，可取单宽板条计算。软件计算需注意几个方面，浸水地区挡墙，且地基条件按照上述不同岩层取值，取小段梁长，不同地质条件分算，取最大计算参数。两种方法计算结果详见表2.2所示。断面图详见图2.2所示。

从两种计算方法可以看出，在相同尺寸条件下，软件计算结果与解析法计算结果存在一定的差别，主要是因为解析法是取悬臂板、趾板及踵板单位板宽分离单独按板的配筋计算，且挡土墙地基反力、土压力等荷载简化取值，对软件计算是一种校核与辅助，以免出现大的结果偏差，计算结果较合理，最终按偏安全取值。

2.4选型结果

悬臂式挡墙和空箱式挡墙均需设置抗滑凸榫来满足抗滑要求，两者同时满足结构计算的前提下，从工程投资方面进行比较，结果见表2.3所示。

因此，空箱式挡墙比悬臂式挡墙节省较大投资。从稳定性方面，悬臂式需要布置较大抗滑凸榫且对地基承载力要求较高，底板应力较大；抗倾覆安全系数较空箱式低，综上所述，采用空箱式中隔墩挡墙较为合理［3］。

3　中墩空箱式挡土墙施工技术

空箱式中隔墩挡墙顶高程为240.7m，前后面板厚0.6m，高度为20.908m，中隔墩两侧均无支撑，且底板高程均在221.792m左右，模板架设困难，需分三层浇筑，钢筋骨架需一次成型不应有分段焊接，因此，骨架顶端借助现场吊车进行固定。

施工另一难点为箱体内土体回填，为给空箱式挡墙增加抗滑与抗倾稳定性，箱体回填土需密实，增加重力［4］。因中墩截面较小，只能采用小型设备，待混凝土强度达到要求后，采用进占式进行回填，人工分层压实。施工流程图详见4.1所示。

4　结论

（1）本文通过地基、结构形式、适用性方面的对比分析，提出空箱式挡土墙是最适合本消能工程尾水渠中隔墩的挡墙形式，且设计结果合理，科学，最节省投资，为同类工程起到很好的借鉴作用。

（2）空箱式挡土墙结构复杂，对于此工程独立空箱式挡墙中墩，本主通分层浇筑，进占式回填箱内填土，有效解决了高挡墙的施工难题。

（3）空箱式挡墙在此尾水渠高中隔墩的设计中科学、合理。陕西水利

［1］水工挡土墙设计规范［S］.SL379-2007.

［2］管枫年，薛广瑞等.水工挡土墙设计［M］，中国水利水电出版社，1996.

［3］唐洁.卸荷平台在空箱式挡土墙中的应用比较［J］.水利建设与管理，2010，10:8～11.

［4］王颂.箱型重力式混凝土挡土墙优化设计研究［D］.长安大学，2012.

（责任编辑：畅妮）

TV861

A