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浑河闸冲沙闸边墙的结构设计

2014-03-05孙德升辽宁省大伙房水库管理局

河南水利与南水北调 2014年8期
关键词:桥桩浑河挡土墙

□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).

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