浅析空箱式挡墙在龙湾二期软基水闸中的设计.docx

          浅析空箱式挡墙在龙湾二期软基水闸中的设计                    （浙江省水利水电勘测设计院）摘要：简要介绍空箱式挡墙结合桩基处理在龙湾二期围垦工程软基水闸中作为上下游左右岸墙的应用，并提出在设计当中需要计算的五方面内容以及减少挡墙位移的四点意见关键词：空箱式挡土墙软基水闸灌注桩基础较少倾斜变位AnalysisofcounterfortretainingwallinLongwantwosluicesonsoftfoundationindesignZhaoYongLiuMinhong(ZhejiangProvincialWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute)Abstract:abriefintroductionofcounterfortretainingwallwithpilefoundationtreatmentintwophasesofLongwanreclamationprojectinupstreamanddownstreamofsluicesonsoftfoundationastheleftandrightbankwallapplication,andputsforwardthedesignrequiresthecalculationofthefiveaspectsofcontentandreducethedisplacementoftheretainingwalloffourobservations.Keywords:counterfortretainingwallsluicesonsoftfoundationfillingpilefoundationislessinclineddisplacement一、问题的提出龙湾二期围垦工程位于浙东南的瓯江口南侧的东海岸，工程围涂区面积34450亩，工程主要由海堤和5座软基水闸组成。

海堤和水闸防潮标准均为50年一遇，工程区平均涂面高程-1.0m5座水闸穿堤而建，根据规模，5座水闸分为2类，一类闸净宽18m（3孔×6m），二类闸净宽24m（4孔×6m），水闸功能主要承担围区排涝任务为便于与海堤的衔接，5座闸室均采用带胸墙的箱涵式整体式结构，并在围区侧和外海侧设置钢筋砼消力池、砼护坦、抛石防冲槽以及钢筋砼翼墙在以往工程中软基水闸左右岸较多采用扶壁式结构或重力式挡墙结构，由于挡墙基础一般为厚度超过30m的淤泥质土，因此多数采用可承受一定水平力的砼灌注桩进行基础处理，但由于挡墙承受较大的土压力，而扶壁式挡墙底宽和墙高之比一般在0.6～0.8之间，挡墙底板长度有限，基础可布置桩数有限，且挡墙底板以上均填土，因此每根桩均承受较大的水平荷载和竖向荷载，桩顶易发生较大的水平位移和转角位移，使得整个挡墙倾斜、变位，导致挡墙和闸室段边墩错位，不但降低水闸的行洪过流能力，而且挡墙和闸室接缝处易发生渗漏，同时也影响水闸的整体美观为减少两侧翼墙的倾斜、变位，最直接的解决途径是减少基础桩顶的水平位移和转角位移，为此，采用空箱式挡墙代替扶壁式挡墙或重力式挡墙结构，以达到增加挡墙基础灌注桩的数量，减少单桩水平和竖向荷载，这一设计理念在龙湾二期水闸设计中得到了充分体现。

二、空箱式挡墙的结构型式水闸上下游翼墙担负着三个任务，一是挡土，二是导流，使水流平顺地通过闸室，三是阻止侧向绕渗其结构型式与一般挡土墙相似，常用的有：重力式、半重力式、悬臂式、扶壁式、空箱式和连拱式本文将研究水闸上下游岸墙中的空箱式挡墙空箱式挡墙由底板、前墙、后墙、扶壁、顶板和隔墙组成可以利用前后墙之间形成的空箱冲水或填土来调整地基应力，使得地基的平均荷载强度尽可能接近闸室基地的平均荷载强度，减少不均匀沉降，它具有重力轻和地基应力分布均匀等优点【1】空箱式挡墙的材料，可用砼或钢筋砼，砼的隔墙厚度可用70～100cm；钢筋砼的隔墙厚度可采用15～40cm，高度越高厚度越大一般情况下，外墙和基础板厚度取为隔板厚度的1.5～2.0倍墙间孔格的尺寸，一般采用3×3m或5×5m，较高的挡墙，孔格尺寸可适当增加2】虽然空箱式挡墙和扶壁式挡墙同属钢筋砼轻型结构，但两者相比，空箱式挡墙墙身大部分为空箱，自重更小，因此当采用桩基基础时，单桩竖向承载力小，设计桩长可适当缩短；另一方面，空箱式挡墙基础可根据侧向土压力大小设计底板宽度，可布置较多的砼灌注桩，减少每根桩分担的水平力，在配置一定量的竖向钢筋后，不仅提高桩的水平承载能力，而且减少了桩顶位移变形。

以龙湾二期三甲大闸为例，水闸外海侧挡墙呈对称布置，其左侧挡墙布置见图1图1外海侧翼墙顶高程为3.0m，墙底高程-1.8m，翼墙高度4.8m，翼墙宽度5.6m，与消力池段相接段挡墙长度14.5m，挡墙基础布置三排C30砼灌注桩，桩径80cm，正方形布置，间距2m×2m，根据地基土层性质，确定单桩桩长32m挡墙内侧为海堤堤身抛石部分，顶高程2.5m具体桩基布置和挡墙剖面分别见下图2、图3三、空箱式挡土墙的设计计算对于采用灌注桩基础处理的空箱式挡墙的设计，计算内容主要包括以下几个方面：①计算挡墙外部荷载；②计算挡墙基底应力；③对挡墙墙身厚度、强度以及配筋进行复核计算；④计算基础桩基竖向和水平承载能力；⑤在水平荷载作用下进行桩身内力、配筋计算1、在本工程中，挡墙外部荷载包括土压力、墙身自重以及在运行工况下内外侧水压力和底板渗透压力的计算由于墙后填土（石）的作用，挡墙产生离开填土（石）方向的移动和转动，其位移量足以达到形成主动土压力的数量级，因此按照主动土压力计算墙后土压力计算结果见下表1表1挡墙外部荷载计算成果表单位：KN荷载组合设计工况土压力自重内侧静水压力外侧静水压力扬压力基本组合运行期59942752921231349特殊组合施工期64042750002、根据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007），分别计算运行期和施工期的底板边缘应力。

基底应力计算采用以下公式：计算结果见下表2表2挡墙基底应力计算成果表设计工况最大应力（kPa）最小应力（kPa）应力比允许值运行期36.934.61.071.5施工期62.259.91.0423、挡墙墙身内力及配筋计算土质地基上的空箱式挡墙底板的前趾可简化为固支在墙体上的悬臂板，按受弯构件进行计算；底板的空箱部分可简化为四边固支在墙体的弹性板，按双向板计算；墙身下部1.5倍隔墙间距以内部分可简化为三边固支，一边自由的弹性板，按双向板计算，其余部位按单向板计算；墙身也可沿水平向截条按框架计算在初步设计阶段可按照相关设计规范并结合挡墙实际尺寸对墙身、隔板、底板、顶板厚度以及含筋率进行初步确定，到施工图设计阶段再对挡墙墙身内力以及配筋进行计算4、桩基竖向和水平承载能力计算根据《建筑桩基技术规范》的规定，在缺少静力触探资料的前提下，按经验参数法确定单桩竖向极限承载力标准值，当采用大直径桩时，还应考虑桩的尺寸效应系数计算公式如下：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp单桩竖向承载力的特征值应为极限值的一半计当缺少单桩水平荷载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值：在计算同时应当注意的是，对于永久荷载控制的桩基，应将上述计算的单桩水平承载力特征值乘以调整系数0.8。

当桩的水平承载力由水平位移控制，且桩身配筋率大于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值：具体的计算结果见下表3表3挡墙基底桩基水平和竖向承载力验算表计算工况铅直力G（KN）水平力P(KN)弯矩M(KN.m)基础桩数（根）单桩水平力（KN）单桩水平承载力特征值(KN)单桩竖向力最大值(KN)单桩竖向力平均值(KN)单桩竖向承载力特征值(KN)施工期4275640195.52130.543.6396389546运行期2926831-227.52139.6333325由表中可见，挡墙基础灌注桩单桩水平承载力大于实际承受的水平力，单桩竖向承载力也大于承受的平均竖向力5、在水平荷载作用下进行桩身内力、配筋计算根据《建筑桩基技术规范》的规定，按照其附录C的方法计算基桩内力和变位附录C采用的方法其实就是假定水平抗力系数随深度线性增加的m法在实际计算中，可采用理正结构工具箱桩基内力分析模块进行电算运行期水平力较大，是桩顶位置的控制工况，具体计算成果见下表4表4承台位移及桩身内力计算成果表竖向位移V0.00070m水平位移U0.00139m转角β0.00003rad桩身右侧最大弯矩-93.866kN.m桩身右侧最大弯矩距承台底0.000m桩身左侧最大弯矩27.411kN.m桩身左侧最大弯矩距承台底5.400m桩身最大负剪力-6.228kN桩身最大负剪力距承台底8.100m桩身最大正剪力39.023kN桩身最大正剪力距承台底0.000m内力计算结果简图如下：四、建议1、为减少两侧挡墙的水平位移，对于宽度较小的闸，可以将左右岸挡墙和底板连成整体作成U型结构，或在两侧挡墙之间设置钢筋砼横梁连接，整体性好。

2、可于地面围绕桩身开挖一定深度的圆形坑，填以级配砂石或粘土等低压缩性材料并夯实，以提高桩侧土水平抗力系数在龙湾二期围垦工程中，将挡墙基础1.5m的淤泥全部挖除，并用石渣回填夯实3、桩身最大弯矩和剪力一般出现在桩身上部1/2范围内，因此可将桩身上部范围的桩径适当加大作为变截面桩，或将桩身作成工字型、8字型等异型桩，以提高桩身截面的允许水平承载力4、增加承台底摩阻力对于不存在土与承台底脱空可能性的低承台桩基，可采取于基地表面夯填一定厚度的碎石垫层，以提高承台底水平摩阻力，从而提高桩基的水平承载力这种措施只适用于在竖向荷载与横向荷载联合作用的情况，对于竖向荷载很小和受上拔荷载的桩基不宜采用[3]五、结束语重力式和扶壁式挡土墙多用于坚实或中等坚实的地基上，而在松软地基上，则宜采用空箱式挡墙通过设置空箱式挡墙，增加底板长度，多布桩，降低单桩水平和竖向力，桩身直径和桩长也可适当减少，最终实现减少两侧挡墙的倾斜、变位，满足了安全、合理、经济、可行、美观等设计建筑物的要求，必将在软基水闸的设计中得到广泛的应用[参考文献][1]刘福臣，成自勇，崔自治土力学【M】北京：中国水利水电出版社，2005[2]甘维义，李士功，干城，杨松柏。

水工设计手册第七卷第三十六章挡土墙北京：中国水利水电出版社，1989[3]桩基设计和计算  -全文完-。