北街水閘通航孔上游翼墻穩定性復核計算分析

陳新河 江門市江新聯圍管理處

1.工程概況

北街水閘樞紐位于江門市蓬江區北街江門水道入口與西江交匯處，是江新聯圍的一座以防洪、排澇為主，兼顧航運、交通與灌溉的重要中型水閘。江新聯圍捍衛江門市城區及下屬蓬江區的環市鎮、棠下鎮，江海區的外海和禮樂鎮，新會區城區及下屬的睦洲鎮、三江鎮和會城鎮等三區七鎮，保護人口69萬人，耕地面積33.27萬畝，工農業總產值268億元（2000年）。北街水閘捍衛的江門市是該地區的政治、經濟、文化中心，社會效益顯著。

現有北街水閘樞紐工程于1975年9月動工興建，1978年5月基本建成投入運行。樞紐由水閘和船閘兩部分組成，其中水閘共五孔，由四個分洪孔和一個通航孔組成。北街水閘投入運行二十多年來，存在一定的安全隱患，經過安全鑒定評為二類閘，需對整個樞紐工程進行除險加固。

北街水閘通航孔上游原翼墻為漿砌石擋墻，本次除險加固擬在原擋墻墻腳下的河道內新建一扶臂式擋土墻作為新翼墻，新建擋土墻頂及墻后回填土原設計高程為7.3m～3.0m，后經確定將翼墻后填土面高程降至5.0m～2.0m；墻底板底面高程為-5.0m,基礎采用Φ400壁厚95的AB型預應力管樁。

為保證施工開挖時通航孔上游邊坡的安全，上游岸坡布置了2排Φ500壁厚125的AB型預應力管樁作為支護樁，樁長分為16米和12米兩種，均為摩擦樁，支護樁樁頂高程分別為-2.5米和2.0米。第二排管樁設鋼繩與地錨拉緊。

由于新建翼墻位置存在深厚的軟弱土層，而新填土頂面為2.0～5.0m，擋土墻擋土高度達7～10m。填土所形成的土壓力水平分力較大，設計方對翼墻的水平抗滑穩定的安全性存在一定的疑慮。受設計單位委托，我院承擔了對江門北街水閘通航孔上游翼墻的水平抗滑安全性進行技術咨詢的任務，擬通過計算分析，并提出該翼墻水平抗滑問題的解決方案。

2.翼墻水平抗滑計算

2.1 管樁的極限水平承載力

根據翼墻的設計圖，其基礎采用Φ400壁厚95的AB型預應力管樁。根據管樁的施工記錄，樁長約20m，樁端置于粗砂層或全風化巖層上。

取1條管樁作為計算對象，樁頂施加水平作用力，樁側受土的反力以土彈簧模擬，采用廣東省水利水電科學研究院編制的擋土樁計算程序進行計算。土層分布及厚度參考ZK11，管樁水平承載力的計算參數見表1。

表1 管樁水平承載力計算參數表

經計算，當管樁樁頂水平力為60kN時，樁內最大彎矩為101kN·m，接近管樁的極限彎矩104kN·m?？烧J為該管樁樁頂的水平極限承載力為60kN。

2.2 翼墻承受的水平土壓力計算

取單位寬度作為計算寬度，翼墻受墻后填土產生的水平推力作用。墻后填土為中粗砂，推力大小按朗肯主動土壓力計算。墻后中粗砂的內摩擦角取35°，地下水位假設在底板底面以下，地面荷載取10kPa。

墻頂及墻后填土高程為5.0m時，底板底高程為-5.0m，墻高為10m。則主動土壓力為：

墻頂高程為2.0m、墻后填土高程為2.0漸變至2.5m的土坡，計算翼墻所受的主動土壓力時，按填土高程2.5m計。底板底高程為-5.0m，墻高為7.5m。則主動土壓力為：

整個翼墻分兩板，靠近閘的第一板填土由5.0m按1:3的坡度降至2.5m（靠近墻身處為2.0m）。該坡沿水流方向長為7.5m。該段翼墻墻身及填土較高，土壓力及處理方法均與其后不同，為方便表述，該段范圍稱為A區，其余填土高程為2.0～2.5m的部分為B區。

A區每m翼墻受到的水平土壓力標準值為：

2.3 翼墻水平抗滑分析

根據設計圖，翼墻分2塊底板，每塊底板下布置樁15根。底板沿水流方向長24m，則沿該方向單位寬度的樁數為1.25根。1.25根樁的極限水平承載力荷載為1.25×60＝75kN。樁的承載力顯然小于翼墻所受的水平推力，因此單靠翼墻的管樁基礎難以滿足翼墻的水平抗滑要求。

3.翼墻修改方案

3.1 修改方案

由上述計算可知，翼墻承受的水平土壓力管樁難以承擔，可采用其他措施減小水平力或增大水平承載力。經綜合比較，推薦采用預應力錨索加錨碇墻的處理方案。

錨碇墻為鋼筋砼墻，長25m，厚0.5m，高2m，墻頂高程為2.0m。錨碇墻前回填碎石，墻后回填粗砂，回填的碎石和粗砂均需分層壓實。

預應力錨索采用鋼絞線，水平間距為1m，長約30m，錨碇墻側高程為1.0m，翼墻側高程為-1.0m（即目前的上排拉環位置）。A區、B區鋼絞線分別為3束和2束7Ф5鋼絞線，其抗拉強度設計值為1320N/mm2。

待擋墻后填土至-1m時，對錨索施加預應力，A區、B區錨索預應力分別為200kN和150kN。錨索上覆土前按相應規范、規程做好防腐處理。

3.2 錨桿設計計算

A區錨索水平力設計值：

1束7Ф5鋼絞線公稱截面積為139mm2，鋼絞線束數：

取n=3，即A區錨索為3束7Ф5鋼絞線。

B區錨索水平力設計值：

取n=2，即B區錨索為2束7Ф5鋼絞線。

3.3 錨碇墻設計計算

錨碇墻所能提供的水平抗力為其前后土壓力差：

A區錨索設計拉力為292.4kN，B區錨索設計拉力為214.6kN，均小于錨碇墻所能提供的水平抗力299kN，錨碇墻抗力滿足要求。

為防止錨碇墻與其前回填碎石沿碎石與土的交界面整體滑動，墻前碎石體應有足夠重量。當錨碇墻與碎石體一起沿碎石與土的交界面滑動時，滑動體受力計算簡圖如圖1所示。取回填碎石與其下土體的摩擦系數為0.3。根據A區、B區錨碇墻前碎石體斷面進行抗滑計算。

圖1 錨碇墻和碎石滑動體受力計算簡圖

A區抗滑計算：

A區碎石體抗滑滿足要求。

B區抗滑計算：

B區碎石體抗滑滿足要求。

4.結語

（1）該翼墻擋土高，地基軟弱，其預應力管樁基礎不能滿足水平抗滑要求。

（2）建議采用文中的錨索加錨碇墻的處理方案解決翼墻的水平抗滑問題。

（3）為減小深層軟土對管樁的水平側壓力，建議在翼墻底板和附近支護樁之間的孔隙施打木樁，將其上的填土荷載傳至地基深部。木樁長5m，間距500，梅花形布置。

（4）建議在施工過程中對翼墻和錨碇墻的水平位移及沉降加強監測，如發現異常情況應立即停止施工并向監理、設計及業主等相關單位匯報情況，以采取必要措施，確保施工期的安全。