消力池贴坡式混凝土边墙稳定复核

于月鹏，张 鹏

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概况

某工程消力池边墙采用贴坡式混凝土挡墙，两侧边墙长80.00 m，墙顶高程为435.00 m，边墙厚度为2.00 m，坡度为1∶0.3。边墙设置的排水孔出口与墙后设置的软式排水管相通，两排排水孔在山体内形成两道排水孔幕，以降低两侧山体地下水位，从而减小山体渗水对边墙的压力。边墙采用锚筋+锚筋桩组合式锚固方案，具体布置情况见图1。

图1 消力池边墙结构及锚固方案布置典型剖面图

2 边墙稳定复核基本假定

1）假定边墙为刚体，边墙单位计算长度取2.00 m。

2）对边墙墙后水压力进行折减，折减系数取0.3（参考坝基排水孔），即折减421.00～435.00 m高程间水头的0.3倍，墙后水位折减后为425.20 m。

3）边墙脉动压力面积均化系数取0.14。

4）假定墙后岩质边坡自身已经安全稳定，贴坡式边墙仅作为岩质边坡的一种支护措施，不再考虑其自身的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性。

贴坡式混凝土边墙透水性较差，墙后岩体地下水在修建挡墙后无法释放便会有所升高，虽采取排水措施，但仍需对贴坡式边墙的抗浮稳定性进行验算。而这种稳定性一般靠墙体与墙后岩体间设置的锚筋、锚筋桩或锚索等锚固措施维持，因此，需要对边墙锚固方案进行稳定复核。

3 计算工况

此次计算按抗浮稳定承载能力的极限状态复核边墙稳定，考虑5种工况：工况1，宣泄小于10年常遇洪水流量；工况2，宣泄消能防冲设计洪水流量；工况3，消力池检修工况（池内无水）；工况4，宣泄大坝设计洪水流量；工况5，宣泄大坝校核洪水流量。

4 计算参数及计算方法

4.1 计算参数

荷载分项系数、设计状况系数及结构系数取值见表1。

4.2 时均压力及脉动均方差测值

结合边墙结构布置，对消力池边墙上游、中部及下游布设3排测点，编号分别为A1～A3，B1～B4，C1～C4。通过水工模型试验，测得的边墙时均压力及脉动均方差统计结果见表2。

表1 边墙稳定复核计算参数

表2 不同工况下边墙时均压力及脉动均方差9.81 kPa

4.3 计算方法

参考DL/T 5166-2002《溢洪道设计规范》[1]，消力池底板抗浮稳定承载能力极限状态计算公式：

式中：γ0为结构重要性系数；φ为设计状况系数；S()·为作用效应函数；γd1为结构系数；R()·为抗力函数。

4.4 边墙稳定复核的内容

工程贴坡式混凝土边墙稳定复核的内容包括两个方面。

1）通过边墙墙体结构抗浮稳定复核，复核边墙锚固方案中锚筋和锚筋桩间排距的合理性。

2）在锚筋及锚筋桩间排距确定的条件下，复核其锚固深度。

5 计算结果

5.1 锚筋间排距复核

锚筋间排距复核是在保证边墙抗浮稳定的前提下，复核设计锚固方案锚筋及锚筋桩间排距布置的合理性。选取模型试验给出的3个测量断面作为计算基本断面，计算结果见表3。边墙稳定抗力作用比η=R()·/γd1/[γ0φS()·]，计算结果见表4。

表3 边墙稳定荷载计算结果kN

表4 边墙稳定抗力作用比

结果显示，边墙在检修工况下，计算断面1抗力作用比为1.06，此工况为各计算工况下的控制工况，且其抗力作用比大于1，故边墙锚固方案中的锚筋和锚筋桩间距能够满足边墙抗浮稳定要求。

5.2 锚固深度复核

根据GB 50086-2015《岩土锚杆与喷混凝土支护工程技术规范》[2]，锚固深度复核应包括两个方面：砂浆与锚固体间锚固深度复核，砂浆与岩体间锚固深度复核。工程在复核上述两项锚固深度时，采用锚筋及锚筋桩自身的抗拉强度设计值作为复核锚固深度的荷载设计值，复核计算结果见表5。

由表5可知，对于锚筋桩，岩层与砂浆间、砂浆与锚筋桩间的锚固深度计算值均小于设计锚固深度（8.00 m），满足锚固要求；对于锚筋，岩层与砂浆间、砂浆与锚筋桩间的锚固深度均小于设计锚固深度（5.00 m），也满足锚固要求。

综上所述，该工程边墙稳定满足设计要求，锚固方案满足规范要求。

6 结论

1）墙后水压力对边墙稳定影响较大，在非透水贴坡式边墙设计中，可考虑在墙后设计排水孔幕+排水盲沟的设计方案，以降低墙后岩体地下水位。

表5 锚固深度复核计算结果

2）通过边墙稳定复核确定和调整边墙锚固方案，一般稳定复核只能确定锚筋、锚筋桩或锚索的间排距，在锚固设计荷载确定的条件下，可通过计算复核锚固方案中的锚固深度。工程实际运用中，还要结合墙后岩体完整性并参考同类工程经验综合确定锚固深度。

3）贴坡式边墙一般靠墙体与墙后岩体间的锚筋、锚筋桩或锚索等锚固措施维持墙体稳定，一般不考虑墙体的抗倾覆稳定性。设计贴坡式边墙的前提条件就是墙后岩体完整稳定，在此条件下，只需复核墙体锚固方案，即可保证贴坡式边墙墙体的稳定运行。