木里河上通坝水电站8#施工支洞挡土墙设计之探讨.docx

1、木里河上通坝水电站8#施工支洞挡土墙设计之探讨优秀科技论文申报表论文题目木里河上通坝水电站8#施工支洞挡土墙设计之探讨论文作者张来亮 吴贵芳 曾在何刊物发表无论文简介挡土墙是水利水电工程中面广量大的建筑物。重力式挡墙由块石、毛石砌筑，它靠自身的重力来抵抗土压力。挡土墙无论从选型还是在具体设计或施工中都贯穿着安全、经济、合理的原则。尤其在地形复杂的山区或丘陵现场，挡土墙工程复杂且占很大投资比重，因此，设计好挡土墙意义重大，是我们广大技术人员需要值得认真学习提高的重要内容之一。评审结果 公 章 年 月 日木里河上通坝水电站8#施工支洞挡土墙设计之探讨张来亮 吴贵芳（中国水利水电第六工程局有限公司西

2、南分局 四川西昌 615704）摘要：挡土墙是水利水电工程中面广量大的建筑物。重力式挡墙由块石、毛石砌筑，它靠自身的重力来抵抗土压力。挡土墙无论从选型还是在具体设计或施工中都贯穿着安全、经济、合理的原则。尤其在地形复杂的山区或丘陵现场，挡土墙工程复杂且占很大投资比重，因此，设计好挡土墙意义重大，是我们广大技术人员需要值得认真学习提高的重要内容之一。关键词：挡土墙 重力式 施工支洞 设计一、工程概况上通坝水电站位于四川省甘孜州理塘县麦洼乡和凉山州木里县唐央乡境内的木里河干流上，为低闸引水式电站，其为木里河干流（上通坝阿布地）水电规划的第一级电站，其下一级为卡基娃水电站。电站取水枢纽位于甘孜州理塘

3、县鄂湿西沟上游约270m处，于右岸取水后经长约21.75km的引水隧洞至木里县日窝沟沟口处建地面厂房发电。工程的开发任务主要为发电，并兼顾下游生态环境用水要求。上通坝电站为低闸引水式电站，其正常蓄水位为3144.00m，额定引用流量107.7m3/s。电站装机3台，单机容量80MW，总装机容量240MW。工程主要由首部枢纽、引水系统、厂区建筑物等组成。8#施工支洞洞口坐标为X=3459.494 Y=7931.761，与主洞相交于K21+790。二、挡土墙挡土墙是水利水电工程中面广量大的建筑物，几乎在所有的防洪、治涝、灌溉、供水、发电等水利水电工程中都是不可缺少的。它不但具有挡土作用，而且还兼有

4、挡水、导水和侧向防渗等多种功能，应用广泛和运用复杂是挡土墙的两个显著特点。工程施工中经常遇到建筑场地起伏不平、高差较大的情况，在这种条件下，既要建筑物美观实用又想最大限度地减少土方量的平整，降低造价，其办法就是设置挡土墙。挡土墙有重力式、悬臂式、锚杆式及板桩式等多种形式。笔者参加工作15年来，先后参加了万家寨水利枢纽、万家寨引黄工程、金哨水利枢纽、大伙房输水工程、溪洛渡渡水电站导流洞工程、官地水电站引水发电系统工程、上通坝水电站引水隧洞C4-5标的建设。施工中，接触了不少挡土墙，以重力式为主。在木里河上通坝水电站引水隧洞8#施工支洞洞口以及骨料筛分厂场坪中设计了两种形式的挡墙，这是施工中自己第

5、一次设计挡土墙。现结合8#施工支洞洞口混凝土重力式挡土墙设计体会论述如下：1.挡土墙形式的选用挡土墙除可按结构形式划分为重力式、悬臂式、扶壁式等外，又可按材料的选用分为砖砌、毛石、混凝土和钢筋混凝土等几种。实际情况中的选用应根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术及造价等因素合理选择。1.1重力式挡墙重力式挡墙由块石、毛石砌筑，它靠自身的重力来抵抗土压力。由于其结构简单、施工方便、取材容易而得到广泛应用。根据墙背倾角的不同，重力式挡土墙可分为仰斜、垂直和俯斜三种。按主动土压力大小，重力式挡土墙要优先采用仰斜挡土墙，垂直次之，俯斜少用。仰斜式的墙后填土较困难，用于护坡时较为合理，墙背垂直或俯斜

6、式用于填方较省劲。重力式挡土墙的顶宽不宜小于500mm，底宽约为墙高的1213,墙高较小且填土质量好的墙,初算时底宽可取墙高的13,为了减少墙身材料,墙体在地面以下部分可做成台阶式,以增加墙体抗倾覆的稳定性。墙底埋深应不小于500mm，为了增大墙底的抗滑能力，基底可做成逆坡。重力式挡土墙的缺点是墙高超过5m时，要保证其稳定性，势必造成很大的体量，材料用量较多，不太经济。1.2悬臂式和扶壁式挡土墙当墙高大于5m时，墙的稳定主要依靠墙踵悬臂以上土重维持。墙体内设置钢筋承受拉应力，故墙体截面较小，因此，选用钢筋混凝土悬臂式较为合理。当墙高大于10m时，竖壁间填土增加抗滑和抗倾覆能力，一般用于重要的大

7、型土建工程。悬臂式和扶壁式挡土墙在设计计算时，为了使挡土墙产生很好的抗倾覆和抗滑移效果，底板伸入墙内的宽度应大于墙外的宽度，其合理的宽度应是墙外宽度的1.5倍2倍。墙壁及底板的受力计算可根据混凝土结构原理进行。当墙高大于10m时，为了减小造价，必须沿墙身纵向，每隔一定距离（0.3倍0.6倍墙高）设置一道扶璧。扶壁底部伸入土中宽度可取墙高的13较为合理、经济。在进行扶壁式挡土墙设计时，可将墙身及墙踵做为三边固定的板，进行计算较为正确。1.3锚杆挡土墙锚杆挡土墙由钢筋混凝土墙板及锚固于稳定土层的地锚组成。锚杆可通过钻孔灌浆、开挖预埋或拧入等方法设置。其作用是将墙体所承受的土压力传递到土内部，从而维

8、持挡土墙的稳定。锚固段应在主动状态滑动面以外，其长度3m7m，锚杆挡土墙可作为边坡或深基坑坑壁的支护结构。若基坑领近有高层建筑时，为了避免产生不利影响，不宜采用地锚，而应采用地下连续墙或水泥土搅拌桩挡土。2挡土墙的稳定性验算挡土墙的稳定验算包括抗倾覆验算和抗滑移验算。挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，即先根据挡土墙的工程地质、填土性质以及墙身材料和施工条件等凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算。如不满足要求，则修改截面尺寸或采取其他措施。特别需注意的是在软弱地基上倾覆时，墙趾可能陷入土中，力矩中心点内移，导致抗倾覆安全系数降低，有时甚至会沿圆弧滑动而发生整体破坏。因此，验算时应注意土的压缩性。

9、作用在挡土墙上的荷载有：墙体受的重力，主动土压力以及墙底反力和墙面埋入土中部分所受被动土压力，后者一般可忽略不计，其结果偏于安全。墙体按实际土的重度计算，计算土压力时，荷载采用标准值。在设计计算中，挡土墙的截面和底宽一般由抗滑移稳定验算控制，但从许多提供的资料来看，挡土墙的破坏，绝大多数为倾覆所致，这说明在抗滑移方面一般有较大的安全储备。3挡土墙的墙身强度验算 墙身强度的验算，一般悬在墙截面突变处，例如墙底台阶的上截面。对于重力式挡土墙来说，验算时，先计算此截面以上的墙体的重力和相应高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后进行抗压强度和抗剪强度验算。对于混凝土挡土墙来说，可根据弯矩和剪力计算根

10、部的截面大小，来决定配筋的多少。在构造上，可按钢筋混凝土悬挑板设计，根部截面厚，端部截面薄，钢筋的用量可根据内力包络图的结果，取上部钢筋少，下部钢筋量大。4挡土墙后背填土要求根据调查资料显示，挡土墙后没有采取排水措施或排水措施失效，是挡土墙倒塌的主要原因之一。由于地表水流入填土中使填土的抗剪强度降低，并产生水压力的作用。因此，墙身应设置泄水孔，其孔径不宜小于100mm，外斜坡度5%，间距2m3m。一般常在墙后做宽约500mm的碎石滤水层，以利排水和防止填土中细粒土的流失。墙身高度大的，还应在中部设置盲沟。墙后填土宜选择透水性较强的填料。当采用粘性土作为填料时，宜掺入碎石，以增大土的透水性。墙后

11、填土均应分层夯实。在墙顶和墙底标高处宜铺设粘土防水层。墙顶处的防水层可阻止或减少地表水渗入填土中，设置于墙底标高上的防水层可避免水流进墙底地基土而造成地基承载力和挡土墙抗滑移能力的降低。此外，挡土墙应每隔10m20m设置伸缩缝，缝宽可取20mm左右。相邻两段挡土墙基底高差较大时，应按高：长=1：2放阶，阶高0.5m。5挡土墙的基底压力验算挡土墙在自重及土压力的垂直分力作用下，基底压力按线性分布计算。其验算方法及要求完全同天然地基浅基础验算方法。挡土墙的基底压力应小于地基承载力。否则，地基将丧失稳定性而产生整体滑动。挡土墙基底常属偏心受压情况。即要求墙底平均压力小于地基承载力f，且墙底边缘最大压

12、力不大于1.2f。同时要求偏心距不大于b4（b为挡土墙的墙身宽度）。当场地为湿陷性黄土地基时，挡土墙基底应按湿陷性黄土规范进行地基处理。三、8#施工支洞挡土墙设计实例木里河上通坝水电站C4-5标8#施工支洞洞口场地狭窄，最窄处仅有3.5m，现场场地不能满足施工及交通的需要，须向外侧回填约15m。因此在洞口下部冲沟约14m的位置修建长约为26m的C20砼挡土墙，台背回填后作为洞口施工场地。挡土墙型式见下图1，墙身设50mm的排水孔，间排距2*2m，挡土侧设土工布反滤，墙后填土容重不小于2.0tm3，内摩擦角不小于28。墙底设置22插筋,L=2.5m，伸入基岩1.5m，间排距1*1m。采用挡土墙计

13、算软件进行设计计算，过程如下：1、基本参数：墙面高度(m)：h1=11 墙背坡度(+,-)：N=.28 墙面坡度：M=0墙顶宽度(m)：b1=1 墙趾宽度(m)：db=0 墙趾高度(m)：dh=0基地内倾坡度：N2=.25 污工砌体容重(KN/m3)：r1=22路堤填土高度(m)：a=3 路堤填土坡度：M0=1.5路基宽度(m)：b0=8.5 土路基宽度(m)：d=1填料容重(KN/m3)：R=20 填料内摩擦角(度)：=45.0 外摩擦角(度)：=25基底摩擦系数：=.5 基底容许承载力：0(KPa)=500挡土墙分段长度(m)：L1=152、计算结果：1)求破裂角假设破裂面交与荷载内，采用

14、相应的公式计算：挡墙的总高度：H=12.097m 挡墙的基地水平总宽度：B=4.387m=85.642=-.176=.399则=arctg=21.758验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(H+a)tg=6.025m荷载内缘至墙踵：b-Htg+d=2.113m荷载外缘至墙踵：b-Htg+d+b0=10.613m故破裂面交于荷载内，与原假设相符，所选用公式正确。则计算图式为：2)求主动土压力系数K和K1=.281=1.473m=4.863m=5.761m=1.4593)求主动土压力及作用点位置=599.717KN=455.06KN=390.616KN=3.131m=3.203m4)抗滑稳

15、定性检算挡土墙体积V=30.177m3 挡土墙自重G=663.903KN=3.051因为kc 1.3，则抗滑稳定性检算通过。5)抗倾覆稳定性检算=1.559因为k0 1.5，则抗倾覆稳定性检算通过。6)基底应力检算B=4.387m=.755m=1.438m因为eB/6=488.792KPa因为max 0，则基地应力检算通过。四、结束语上通坝水电站8#施工支洞挡墙的设计是本人第一次尝试，通过设计计算过程，我们可以知道随着墙高的增加，用材量也变得很可观。挡土墙无论从选型还是在具体设计或施工中都贯穿着安全、经济、合理的原则。尤其在地形复杂的山区或丘陵现场，挡土墙工程复杂且占很大投资比重，因此，设计好挡土墙意义重大，是我们广大技术人员需要值得认真学习提高的重要内容之一。