宿迁市黄河故道K54+830～K56+300段挡洪墙工程设计实例

马兴高 贺淑全 许 生 唐 波

（宿迁市水务勘测设计研究有限公司 宿迁 223800）

1 工程概况

由于黄河故道K54+830～K56+300段河道较窄，且堤防外侧均为农村集体土地，为减少用地矛盾，便于工程实施，同时满足防洪要求，该工程段采用挡洪墙结构。挡洪墙工程级别按照《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）中要求确定，具有直接防洪作用的水工挡土墙，其级别不应低于所属堤防的级别。则K54+830～K56+300段挡洪墙工程级别为2级。

黄河故道K54+830～K56+300，堤距仅60m，且子堤内无滩地，其设计河道底宽为50m，无扩挖空间，为满足过水能力需求，该段河道需建二级挡墙。由于该段河道位于洋河新区城区段，考虑工程实施后整体效果，保证上下游亲水平台连贯性，此次1级挡墙为河底至现状亲水平台，墙高4.2m；2级挡墙为亲水平台至堤顶，墙高为1.9m。

2 方案比选

挡墙的形式很多，其中扶壁式挡墙能增强墙体的抗弯性能、减少钢筋用量，在墙高较大或地基土质情况较差时经常采用。对于高度超出4.0m的挡洪墙，一般采用悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙，考虑该工程段为2级堤防，工程级别较高，加之后期堤顶道路建设，超载较大，本次选用结构强度更大的扶壁式挡土墙。

图1 重力式挡洪墙横断面图

对于高度2.0～3.5m的挡洪墙结构形式，提出重力式挡洪墙、生态格网挡洪墙、悬臂式挡洪墙3种方案，各方案见图1～图3。

二级挡洪墙三种方案比较结果见表1。

图2 生态格网挡洪墙横断面图

图3 悬臂式挡洪墙横断面图

表1 二级挡洪墙方案比较表

由表1分析可知，相较于方案一、二，方案三虽然工艺较复杂，工期较长，但是对堤后占地影响较小，抗渗流稳定良好，水泥土回填量较小，投资最少。因此，综合考虑堤后占地、工程投资等因素，推荐方案三。

3 稳定计算

黄河故道沿线堤防土质多为砂土、粉土，土质较差，易冲刷，易淤积，粉粒和砂粒的含量高达75%～90%，有“风来起沙，雨来流沙”之说。该段堤防地基承载力较差，对稳定计算要求很高，而稳定计算成果直接关系着工程设计的安全性。

3.1 特征水位表

该段挡洪墙工程，包括一级挡土墙为5.0m高扶壁式挡墙，二级挡土墙为2.7m高悬臂式挡墙。挡墙不同工况的特征水位见表2。

3.2 地质参数

该工程土层分布情况采用《宿迁市黄河故道干河整治工程岩土工程勘测报告》（江苏省岩土工程勘察设计研究院）中的勘探成果。宿迁市黄河故道K54+830～K56+300，沿线土层分布情况见图4。

据物理力学指标、标贯击数，并结合工程经验，确定了地基土的允许承载力建议值，地基土勘探试验成果见表3。扶壁式挡土墙基础底板高程为17.00m，持力层为④层粉砂夹粉土；悬臂式挡土墙基础底板高程为21.20m，持力层为10%水泥回填土。

3.3 稳定计算

挡土墙断面尺寸见图5。

3.3.1 计算原理

a.抗滑计算

参考《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007），抗滑计算公式如下：

式中：Kc—沿挡土墙基底面的抗滑稳定安全系数；

f—挡土墙基底面与地基之间的摩擦系数；

ΣG—作用在挡土墙的全部竖向荷载（kN）；

ΣH—作用在挡土墙上的全部水平向荷载（kN）。

b.抗倾覆稳定计算

参考《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007），挡土墙抗倾覆稳定计算公式为：

式中：K0—挡土墙抗倾覆稳定安全系数；

ΣMV—对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）；

ΣMH—对挡土墙基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

c.地基应力计算

参考《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007），挡土墙基地应力计算公式为：

图4 工程位置地质剖面图

表2 特征水位表

图5 挡土墙断面图

表3 工程地基土勘探试验成果采用表

式中：Pmax/min—挡土墙基底应力的最大值或最小值（kPa）；

ΣG—作用在挡土墙的全部竖向荷载；

ΣM—作用在挡土墙上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（kN·m）；

A—挡土墙基底面的面积（m²）；

W—挡土墙基底对于底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m³）。

表4 挡洪墙稳定计算结果表

计算其不均匀系数，其计算公式为：η=Pmax/Pmin。

3.3.2 计算结果

挡洪墙稳定计算结果见表4。

由表4可知，其中施工期平均基底应力91.39 kPa＜100kPa，最大基底应力虽大于100kPa，但不大于地基允许承载力的1.2倍，满足规范要求。该工程施工期、运行期、骤降工况、地震工况地基应力、不均匀系数、抗滑安全系数均满足规范要求。

4 结论

本文通过对宿迁市黄河故道 K54+830～K56+300 段 挡 洪 墙工程设计方案比选，在满足防洪安全前提下，兼顾景观、工程占地、工程投资等，二级挡洪墙选用悬臂式结构为最佳方案。另外，该工程二级挡墙基础持力层使用10%水泥土回填土，成本较高，若将一级、二级挡墙合并建设，可考虑空箱挡墙形式■