防洪墙在变电站工程中的设计与运用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

防洪墙在变电站工程中的设计与运用

发表时间：2021/6/18 来源：《基层建设》2021年第6期作者：吴婷

[导读] 摘要：变电站站址场地自然标高较低，场地设计标高按百年一遇洪水位设计时，站内围墙可采用防洪墙设计，在满足内涝洪水位要求下，能较大的降低工程造价及工程工期，且能和周边建筑物协调一致，技术经济性好。

        浙江省电力设计院浙江省杭州市 310012
        摘要：变电站站址场地自然标高较低，场地设计标高按百年一遇洪水位设计时，站内围墙可采用防洪墙设计，在满足内涝洪水位要求下，能较大的降低工程造价及工程工期，且能和周边建筑物协调一致，技术经济性好。
        关键词：防洪墙；滑移稳定；倾覆稳定；单桩承载力；渗流稳定；构造措施
        一、运用背景：
        某变电站站址临近江河，退让堤坝一定距离后仍受内河溃堤洪水的威胁，同时还受内涝的影响。站址相关的水文资料显示，站址百年一遇最高洪水位标高9.09m，百年一遇最高内涝水位6.35m。依据变电站相关设计规程，本变电站的防洪标准为1%洪水位，则场地设计标高需满足站址附近百年一遇洪水位要求。站址自然地面标高约5.60m左右，场地为平坡设计。设计标高按如下两个方案考虑：
        方案一，场地设计标高9.20m，满足百年一遇高洪水位，填方厚度约3.6m，采用钢筋混凝土挡土墙，顶部另设2.3m高砖砌围墙；场地内下卧淤泥质软弱层16m，按分层总和法计算场地填土引起的地基变形量（即地基沉降）约为750mm，挡土墙基础需采用桩基处理，同时场地填方3.6m厚需采取地基处理，如换填垫层法、水泥搅拌桩等处理。
        方案二，场地设计标高6.50m，满足百年一遇最高内涝水位，填方厚度约0.9m，采用封闭防洪墙，防洪墙顶标高9.7m，高出场地3.2m，防洪墙可兼做围墙，进站道路最高点标高为9.2m，作为封闭防洪墙的合点，全站满足百年一遇最高洪水位要求。
        通过方案的技术经济比较，主要结论如下：
        方案二采用标高6.5m并结合防洪墙方案，场地填方厚度约0.9m，大大减少了场地土方和地基处理工程量，减少了钢筋混凝土挡土墙的工程量，在解决场地填土厚沉降大的难题同时，也缩短了施工工期，场地填土引起的地基沉降量小，场地无需做地基处理，节约工程造价，技术经济性好，故本变电站工程采用方案二，即场地设计标高6.5m，满足百年一遇内涝洪水位要求，围墙采用防洪墙设计，墙顶标高9.7m，满足百年一遇洪水位要求。
        二、防洪墙的设计
        2.1整体稳定验算
        上述变电站在洪水期时，防洪墙外侧洪水位按最高2.59m考虑，场地浅层土为粉质粘土，其地基承载力特征值为110kPa，可作为构筑物基础持力层。防洪墙基础采用天然地基，防洪墙详图及计算简图如下图1、2。验算防洪墙稳定时，换算成土柱，荷载范围5m，墙底摩擦系数取0.5。为提高防洪墙稳定性，采用凸榫设计。

        图1 防洪墙断面图             图2 防洪墙计算简图
        经过专业软件验算，滑移力= 39.443（kN）抗滑力= 95.959（kN），
        滑移验算满足：Kc = 2.433 > 1.30
        倾覆力矩= 93.739（kN-m）抗倾覆力矩= 330.938（kN-m）
        倾覆验算满足：K0 = 3.530 > 1.50
        地基平均承载力验算满足：压应力=54.090 <= 110.000（kPa）
        凸榫抗弯、抗剪强度亦满足。
        2.2单桩承载力验算
        当防洪墙基础底存在软弱层时，基础应采用桩基，桩身除验算单桩竖向承载力，还应验算单桩水平承载力。取灌注桩直径600mm，长度20m计算，依据土层参数计算桩侧土水平抗力系数的比例系数m=10MN/m4，计算α=0.594，查《桩基规范》表5.7.2得桩顶水平位移系数νX=2.441（按铰接考虑），桩顶允许水平位移Χ0a=10mm，计算桩顶水平力Rha=109.6kN。
        挡土墙每米所受水平力：△h=2.3m，r*△h=25.9 kN/m2，则水平力E=0.5r*△h2=33.5 kN/m，桩间距L=4m，桩抵抗的总水平力∑E=4x33.5=134 kN，则防洪墙基底需布置2根直径600mm灌注桩，桩间距1.8m。
        钢筋混凝土防洪墙自重较轻，受力以水平力为主，基底按2桩布置，纵向桩间距4m，单桩竖向承载力均能满足。
        2.3渗流稳定验算
        防洪墙基础采用桩基时，还需验算防洪墙基底的渗透稳定。《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012附录C，渗流稳定性验算需满足：（2Ld+0.8D1）γ’/△hγw≥Kf，支护结构的安全等级为一级，Kf=1.6。Ld=1.9，D1=2.59，γ’=8，γw=10，计算得渗流稳定系数=1.81>1.6，即基底渗流验算满足。
        防洪墙基础采用桩基时，若桩尖持力层为硬质层，桩与桩间土的沉降差过大，基底容易形成排水空隙，影响其渗流稳定。故桩尖宜进入软弱层，桩与桩间土同步沉降，确保渗流路径，同时可减少桩长。
        2.4构造措施
        当变电站临近江河，防洪墙在满足洪水位的前提下，还需要在特殊时期抵御洪水的冲击，如江河堤坝溃堤。此时防洪墙受力情况复杂，在偶然荷载作用下，墙身需要设置构造措施来加强自身强度及稳定。
        溃堤洪水对防洪墙基础的冲刷坑最大深度取3.59m，依据设计经验，可采用抛石方案消除溃堤洪水对挡墙基础的冲刷影响，在水利工程中应用较多，施工方便、效果较好，坡脚抛石反压有利于防洪墙的稳定性。抛石粒径及厚度，应满足抛石重量大于冲刷荷载，可参考《堤防工程设计规范》P71页附录D计算。以变电站临南侧河堤的围墙处为例，计算抛石粒径如下：

        一般抛石厚度不宜小于抛石粒径的2倍，因此东南侧围墙抛石厚度可取1000mm，抛石粒径500mm。本工程中，建议抛石下覆土工格栅反滤层，抛石厚度1000mm，抛石粒径500mm，上覆200厚绿化覆盖，抛石范围为防洪墙外4m。
        为提高防洪墙自身强度，在地面以下墙身按扶臂式设置，间距4m，厚度400mm，地面以上同间距设400x400立柱，亦可提高墙身立面造型和美观。
        结论：
        沿海工程，当变电站设计标准按百年一遇洪水位考虑需高填土时，可采用防洪墙兼作围墙，站内场地标高可降低，减少回填土方量，解决场地高填土来带的大沉降问题，减少场地地基处理，缩短工期，节约造价。防洪墙设计需满足滑移稳定，倾覆稳定，渗流稳定及并验算天然地基承载力；当基底地基承载力不满足时，可防洪墙基础采用桩基，除单桩竖向承载力验算外，还需桩顶水平承载力验算，以摩擦型桩位宜，桩端持力层宜在软弱层内，避免桩与桩间土沉降不均引起基础底出现排水空隙，影响渗流稳定。为提高防洪墙使用安全，宜适当采用构造措施来加强墙身抵抗力。
        参考文献：
        ［1］满益强.张家界城市防洪工程官黎坪防洪堤渗流稳定计算.湖南水利水电.2007第4期
        ［2］明玮.乐华.滨江大道高填土方案对防洪墙影响分析.城市道桥与防洪.2007.7第7期