戴康程 祁偉洪

（常州市水利規(guī)劃設計院，江蘇 常州 213001）

1 概述

水工建筑物設計質(zhì)量的控制，貫穿整個水工建筑物規(guī)劃、設計、施工的全過程。

在水工建筑物的設計中，作用于建筑物上的荷載組合一般分為基本組合和特殊組合兩種。按計算情況基本組合可分為完建、設計情況等，特殊組合可分為校核、地震、施工情況等。設計及審核人員一般對荷載基本組合中的完建、設計和特殊組合中的檢修、校核、地震情況較為重視，而對施工期中荷載的變化及其對建筑物的影響往往重視不夠或根本未予考慮，從而影響到建筑物的安全，嚴重時會導致事故甚至毀壞。

如：江蘇省某縣在上世紀70年代末興建一蓄水池時，施工過程中該池底板、側(cè)墻、導流墻均已完成，在頂板及板頂壓土尚未施工的情況下回填池壁外四周土，因未采取有效的降排水措施，地下水位隨之上升過高，浮托力過大，導致導流墻隆起、底板斷裂毀壞的嚴重事故。因此，設計、監(jiān)理及施工單位必須對施工過程中荷載的變化情況及其對水工建筑物的影響予以足夠的重視，確保水工建筑物在施工期的絕對安全。

2 穩(wěn)定性驗算實例

以上簡單介紹的是水工建筑物在施工期過程中因底板強度發(fā)生問題，從而導致毀壞的一個工程實例，下面舉一實例通過分析計算說明水工建筑物施工期穩(wěn)定性驗算的必要性。

位于江蘇省境內(nèi)的某套閘，閘室凈寬12 m、長110 m。為節(jié)省造價，閘室采用兩塊輕型鋼筋混凝土扶壁（立墻）—懸臂（底板）式結(jié)構(gòu)，中間設縫并用硬木塊對頂（詳見圖1）。整個底板下浮托力產(chǎn)生的上浮力及傾覆力矩由直立墻后小底板上的填土壓重及直立墻后的水、土壓力來平衡，而直立墻后水、土壓力產(chǎn)生的閘室滑移則由底板下的摩阻力及縫間硬木塊的對頂作用來平衡。在閘室施工過程中，地下水位隨著閘室兩側(cè)回填土上升而上升，由于閘室為鋼筋混凝土扶壁—懸臂式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自身重量輕，所以就有可能出現(xiàn)在施工期的某一段時間內(nèi)因地下水的浮托力產(chǎn)生的上浮力超過結(jié)構(gòu)自重加回填土壓重，或是地下水浮托力的傾覆力矩超過直立墻后水土壓力的平衡力矩，從而使底板浮起或中縫處翹起，拉斷中縫處止水銅片、對頂硬木塊錯位等，進而導致整個閘室結(jié)構(gòu)的毀壞。這種情況往往也是設計單位很容易忽略的。

施工過程中要避免以上情況的發(fā)生，第一種方案是可降低地下水位并一直保持在底板底面以下，但由于整個施工期較長，底板一般又埋置較深，這樣勢必會增大施工難度及排水費用，所以一般不采取該方案。第二種方案是隨著回填土的上升，使用臨時降水設備或利用閘室結(jié)構(gòu)設計中閘室墻外的排水設施，適度控制地下水位，并通過計算來確定在閘室中預放一定重量的水或土等荷載壓重，以達到閘室在施工過程中的抗浮、抗傾穩(wěn)定。

經(jīng)設計、監(jiān)理與施工單位討論研究后確定，套閘閘室結(jié)構(gòu)施工期擬采用上述第二種方案實施?；靥钔撩娓叱淘谡娓?.6 m 以下時，采取臨時降水設備使地下水位低于回填土面40 cm 以下；在回填土面真高達1.6 m 以上時，利用設計中閘室墻外位于真高1.2 m 的排水暗管接至下游壩頭外低水位排水，使地下水位始終保持在真高1.2 m。

圖1 套閘閘室橫剖面圖（懸臂-扶壁式結(jié)構(gòu)）

以下即按上述方案進行抗浮抗傾計算。計算中土壓力系數(shù)的確定：由于閘室底板下浮托力的傾覆力矩是使閘室墻向回填土方向傾斜，所以采用主動土壓力系數(shù)顯然是不合適的；如采用被動土壓力系數(shù)，則閘室墻應繞墻后趾有較大的轉(zhuǎn)動，這將導致閘室中縫處底板翹起而拉斷止水銅片、錯開對頂硬木等，同樣是不妥當?shù)模恢挥斜３珠l室墻不向臨土面方向移動或傾斜，才能保證閘室底板中縫處及整個閘室結(jié)構(gòu)的安全，故應采用靜土壓力系數(shù)。該處回填為砂性土，采用靜土壓力系數(shù)K=0.5。計算簡圖見圖2，計算結(jié)果見抗浮、抗傾計算表1、表2。

從表1、表2 可知，采取以上控制地下水位的措施下回填土，在整個施工過程中抗浮是完全滿足要求的；但在回填土面高程達1.6 m、地下水位高程在1.2 m 時抗傾覆安全系數(shù)Km最小，僅為0.928，不滿足要求。此時應在閘室內(nèi)采取一定壓重措施來使抗傾覆安全系數(shù)Km大于或等于1.05。經(jīng)計算得：如在閘室內(nèi)放入一部分水至真高-0.8 m，可使Km=1.057，或填上一部分土至真高-1.0 m，可使Km=1.065?？紤]到放水雖較簡便，但后面必有一段時間的施工要成天涉水進行，不方便，故本處采用閘室內(nèi)填土壓重的方案，按計算填至真高-1.0 m，每米斷面土方僅2.4 m3，全閘共264 m3。且填土在閘室內(nèi)縱向形成了一平整的施工通道（原為V 形雙鈄面），方便了施工，并保護了閘室縱向及部分橫向接縫處混凝土棱角免遭施工破損，實施結(jié)果及各方面反映均很好。

另一項閘室穩(wěn)定驗算應為抗滑穩(wěn)定計算。由于閘室采用兩塊底板對頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，所以閘室墻后的水土壓力可通過對頂達到相互平衡。施工過程中原則上只要閘室墻外兩側(cè)回填土的高差產(chǎn)生的土壓力之差不超過閘室底板下的摩阻力即可，但實際施工中仍以閘室墻外兩側(cè)對稱均勻回填為好。

從抗浮抗傾計算表1、表2 中可看到，在閘室施工回填土過程中，雖然采取臨時降水措施使地下水位低于回填土面以下，但地下水位隨著兩側(cè)回填土面上升而上升，抗浮、抗傾系數(shù)由大到小、再由小變大不斷變化，最終在回填土達到設計高程時滿足有關規(guī)范的要求，然而在施工過程中有某一段時間是不滿足要求的，所以必須采取相應措施（壓土），以確保建筑物在施工期的絕對安全。

圖2 計算簡圖

表1 抗浮抗傾計算表

表2 抗浮抗傾計算表

3 結(jié)語

近年來，由于多種原因，水利工程專業(yè)施工隊伍素質(zhì)參差不齊、借用資質(zhì)現(xiàn)象普遍，個別施工單位對施工過程中各階段的控制不夠重視，致使許多水利工程在設計上雖并無問題，但卻在施工中發(fā)生了事故。究其原因，大部分為施工單位對施工設計圖紙及相關的設計、施工規(guī)范規(guī)程理解不透、執(zhí)行不力，尤其是降排地下水及回填土方面。因此，設計單位必須重視水工建筑物在施工期中的強度和穩(wěn)定性驗算，盡可能制定出詳盡的施工組織設計，并毫無保留地提供給監(jiān)理及施工單位，有條件時應派駐代表在工地協(xié)調(diào)施工方案的正確貫徹執(zhí)行，使水工建筑物質(zhì)量控制，真正貫穿整個水工建筑物規(guī)劃、設計、施工的全過程，從而有效確保水工建筑物的整體質(zhì)量。

［1］水閘設計規(guī)范（SL265-2001）［S］.

［2］水工擋土墻設計規(guī)范（SL379-2007）［S］.