李瓊

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西漢中723000）

衡重式擋土墻在略陽縣城防洪中的應(yīng)用

李瓊

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西漢中723000）

略陽縣城堤防設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不足，存在安全隱患，需修建擋土墻式防洪堤，根據(jù)略陽縣城實(shí)際，考慮防洪、生態(tài)、景觀需求，提出采用一階層重力式擋土墻固灘護(hù)腳防沖和二階層超高衡重式擋土墻共同防洪，經(jīng)計(jì)算，該方案滿足要求，可有效節(jié)約工程投資，利用現(xiàn)有灘地創(chuàng)建景觀平臺(tái)，改善了略陽縣城人居環(huán)境，促進(jìn)了人水和諧發(fā)展。

嘉陵江；縣城防洪；衡重式擋土墻；穩(wěn)定計(jì)算

嘉陵江在陜西境內(nèi)長(zhǎng)243.8 km，流經(jīng)鳳縣、略陽和寧強(qiáng)三縣區(qū)，其中略陽境內(nèi)長(zhǎng)86.75 km。干流上游流經(jīng)山區(qū)河谷，蜿蜒盤旋，兩岸多為較堅(jiān)硬巖石，河流橫向發(fā)展受到制約，河彎發(fā)展亦比較緩慢，河道多呈“U”型，水流湍急，洪枯水位變幅大。沿江兩岸階地不發(fā)育，耕地甚少。略陽縣城位于嘉陵江上游、陜西省西南部，漢中盆地西緣，屬山區(qū)縣城，人口密度較大，城區(qū)狹窄，土地資源十分緊缺。河道兩岸居民較多，現(xiàn)狀有零星破損的漿砌石護(hù)岸（居民樓位于擋土墻頂上），設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不足，河岸抗沖刷能力差，存在安全隱患。為保障兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全，考慮地形、景觀等要求，擬修建擋土墻式防洪堤。

1 工程概況

略陽縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，堤防工程級(jí)別為4級(jí)。防洪工程的范圍為略陽縣城區(qū)嘉陵江右岸（樁號(hào)右57+025~58+345）以及左岸（樁號(hào)左57+624~57+900）兩段干流堤防，設(shè)計(jì)堤防總長(zhǎng)1596 m。

嘉陵江右岸（樁號(hào)右57+025～58+345）位于中心城區(qū)的繁華地段，堤后有略陽縣幼兒園、火車站、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等需要保護(hù)，考慮城市景觀需求，依據(jù)生態(tài)治水理念，無灘不造灘，不侵占河道行洪斷面，結(jié)合現(xiàn)狀灘面，在臨水側(cè)布置景觀平臺(tái)，景觀平臺(tái)設(shè)計(jì)高程基本維持現(xiàn)狀，灘面高程達(dá)不到2年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2 相關(guān)設(shè)計(jì)資料

（1）水文水位

嘉陵江干流樁號(hào)57+313斷面為略陽水文站的測(cè)量斷面，位于本次工程區(qū)段內(nèi)。查實(shí)測(cè)水位～流量關(guān)系曲線得20年一遇洪峰流量Q=6820 m3/s，對(duì)應(yīng)的水位為643.18 m（1956年黃海高程系統(tǒng)）。本文以該水文站斷面作為典型斷面進(jìn)行工程斷面設(shè)計(jì)論述。

為確保建筑物安全，堤防基礎(chǔ)必須埋置在沖刷深度以下。防洪工程設(shè)計(jì)沖刷計(jì)算采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]附錄D.2中相應(yīng)的公式計(jì)算。

設(shè)計(jì)堤頂高程取設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高，超高為波浪爬高、風(fēng)壅增高及安全加高三者之和，見表1。堤頂超高取1.5 m。

表1 計(jì)算成果表單位:m

（2）地質(zhì)

設(shè)計(jì)堤防位于嘉陵江右岸河漫灘之上，沿線地形起伏變化較大，斷續(xù)建有標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)各異防洪設(shè)施，沿岸堆積有大量生活垃圾和建筑垃圾，環(huán)境惡劣。

設(shè)計(jì)堤線沿線上部為全新統(tǒng)沖積層，其組成為粉土、粉、細(xì)砂、中粗砂、礫石層、卵石組成，底部為中更新統(tǒng)沖積成因的礫石層，基巖埋藏深度較大。粉土、粉細(xì)砂、中粗砂層，呈松散～稍密狀，承載力低，易發(fā)生壓縮變形，不宜作為建筑物地基；礫石層、卵石層，呈稍密～中密狀，承載力中等，可作為一般建筑物的地基；中更新統(tǒng)礫石層，呈半膠結(jié)狀，地基承載力較高，是較好的天然地基。

設(shè)計(jì)堤防處于嘉陵江兩岸河漫灘、基巖岸邊，地下水為主要賦存于松散覆蓋層和基巖風(fēng)化帶中的孔隙型潛水和裂隙型潛水。地下水位總體上向河谷方向排泄。新建擋土墻后，會(huì)使地下水排泄不暢，地下水位升高，尤其是雨季，降水入滲后，水位升高幅度較大，孔隙水壓力增大，將對(duì)擋土墻造成破壞。因此，設(shè)計(jì)時(shí)考慮沿岸地下水對(duì)擋土墻的不利影響，采取必要的排水措施。

設(shè)計(jì)防洪擋土墻基礎(chǔ)多處于下部砂礫石層之上，根據(jù)顆粒分析成果，其主要為含細(xì)粒的礫和級(jí)配良好的礫。設(shè)計(jì)地基承載力不小于280 kPa。

依據(jù)該河段地勘成果選取計(jì)算參數(shù)，見表2。

3 工程設(shè)計(jì)

（1）斷面型式

略陽縣城人口較多、土地緊張，在不影響防洪度汛的前提下，考慮水景觀需求，依托現(xiàn)有灘面，形成親水平臺(tái)，既能美化縣城人居環(huán)境、又可避免防洪墻過高。防洪堤設(shè)計(jì)總體分為兩個(gè)階層：一階層用于固灘、防沖、護(hù)腳，設(shè)計(jì)采用重力擋土墻型式，灘面高程為631.38 m，重力式擋土墻采用C15埋石砼，墻高8.0 m頂寬1.3 m，底寬4.9 m，臨水坡坡比1:0.45，背水坡垂直，基礎(chǔ)厚度1.3 m；二階層應(yīng)滿足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)堤頂高程644.68 m。

表2 墻背填筑料（Dr≥0.65）的物理、力學(xué)指標(biāo)建議值表

衡重式擋土墻利用衡重臺(tái)上部填土的土壓力作用和全墻重心的后移來增加墻身穩(wěn)定性，可以有效節(jié)省建筑材料，減少基礎(chǔ)開挖量。衡重式擋土墻具有以下優(yōu)點(diǎn)：①能有效降低土壓力；②利用減重臺(tái)上的填土重增加自身穩(wěn)定，并使地基應(yīng)力分布較為均勻；③材料用量較梯形斷面少15%~25%。④對(duì)于高擋土墻，相對(duì)于扶臂式、板樁式等衡重式開挖量小，施工更為簡(jiǎn)便。從略陽縣城實(shí)際情況看，考慮施工方便、經(jīng)濟(jì)合理及工程實(shí)施方面，二階層綜合選取衡重式擋土墻形式最優(yōu)。

該位置堤后居民區(qū)地面高程為640.0~642 m，若二階層衡重式擋土墻墻頂高程達(dá)到644.68 m，雖滿足20年防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，但人與水被高墻阻隔，無法滿足城水相融、生態(tài)優(yōu)美、人水和諧要求，且需拆除現(xiàn)有廠礦企業(yè)、居民樓等公共設(shè)施墊高地勢(shì)重建，不具有可行性。

經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)踏勘、綜合分析，對(duì)二階層部分考慮如下設(shè)計(jì)方案：

斷面形式為組合式（衡重式擋土墻與砂卵石土堤組合），設(shè)計(jì)堤頂高程為20年一遇設(shè)計(jì)洪水位加安全超高。考慮大多數(shù)地段現(xiàn)狀高程，結(jié)合該地實(shí)際情況，并從經(jīng)濟(jì)、施工以及防洪安全等多方面考慮，采用分期實(shí)施方案：將一期實(shí)施高程確定為20年一遇洪水位高程，最大墻高14.8 m，墻頂厚度1.0 m，擋土墻采用C15埋石砼澆筑，臨水面墻面坡比為1∶0.20，上墻背坡比1∶-0.20，下墻背坡比1∶0.20，采用1.5 m厚C25砼作基礎(chǔ)，底寬7.2 m。一期堤頂以上部分采用砂卵石回填土堤形式，作為二期工程實(shí)施，高度1.5 m，兩側(cè)坡比均為1∶1.5，臨水面采用30～50 cm厚M7.5漿砌石護(hù)坡砌護(hù)，堤頂寬度5.0 m。

工程斷面設(shè)計(jì)圖見圖1。

考慮到略陽縣城整體防洪能力不足，要求全部城防達(dá)到抵御20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)施可能需要較長(zhǎng)時(shí)間，將二階層方案分為二期實(shí)施方案，更切合該地的實(shí)際情況。

（2）穩(wěn)定計(jì)算

擋墻穩(wěn)定分析包括抗滑、抗傾、地基應(yīng)力分析。

①抗滑穩(wěn)定：采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]F.0.6計(jì)算。

式中，Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；蒡W為作用于墻體上的全部垂直力的總和（kN）；蒡P為作用于墻體上的全部水平力的總和（kN）；f為底板與堤基之間的摩擦系數(shù)。

②抗傾穩(wěn)定：采用《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]F.0.7計(jì)算。

式中：KO為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；MV為抗傾覆力矩（kN·m）；MH為傾覆力矩（kN·m）；

③基地應(yīng)力：采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]F.0.8計(jì)算。

式中：σmax、min為基底的最大、最小應(yīng)力（kPa）；ΣG為垂直荷載（kN）；A為底板面積（m2）；ΣM為荷載對(duì)底板形心軸的力矩（kN·m）；ΣW為底板的截面系數(shù)（m3）；

由于工程區(qū)位于地震Ⅶ度設(shè)防區(qū)，堤防應(yīng)進(jìn)行正常和非常（遇地震）兩種情況進(jìn)行計(jì)算，本次考慮施工及運(yùn)行各時(shí)期的具體情況，分四種工況[2]進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，包括抗滑和抗傾穩(wěn)定復(fù)核。本次設(shè)計(jì)的衡重式擋土墻高度較大，為了安全起見，對(duì)承載臺(tái)處的截面應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核。穩(wěn)定計(jì)算各參數(shù)見表3，各種工況的計(jì)算結(jié)果見表4。

由以上計(jì)算結(jié)果可見，計(jì)算的安全系數(shù)和應(yīng)力值均小于允許值，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)[3]

本次設(shè)計(jì)衡重式擋土墻高14.8 m，高度較高，考慮沿岸地下水對(duì)擋土墻的不利影響，擋土墻墻體內(nèi)預(yù)埋Φ50 PVC排水孔，間距2.0 m，呈梅花形布置，墻背排水孔用土工布包裹。墻身設(shè)置變形縫，縫距10 m，縫寬2 cm，采用聚乙烯閉孔泡沫板填塞。

表3 穩(wěn)定計(jì)算物理參數(shù)表

4 結(jié)語

山區(qū)城市防洪工程的建設(shè)往往與城市景觀、城市用地及拆遷等的矛盾突出，針對(duì)略陽縣縣城實(shí)際情況，工程設(shè)計(jì)采用一階層重力式擋土墻固灘護(hù)腳防沖和二階層超高衡重式擋土墻共同防洪，經(jīng)計(jì)算滿足要求。該設(shè)計(jì)方案采用衡重式擋土墻，有效節(jié)約了工程投資，并利用現(xiàn)有灘地創(chuàng)建景觀平臺(tái)，改善了略陽縣城人居環(huán)境，促進(jìn)了人水和諧發(fā)展，可供類似工程參考。

[1]GB 50286—2013，堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2013.

[2]SL 379—2007，水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2017.

[3]薛殿基，馮仲林.擋土墻設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.12.

表4 衡重式擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

TV671

B

1673-9000（2017）03-0133-03

2017-04-13

李瓊（1988-），女，陜西臨潼人，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。