擋土墻優化設計管理

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摘要：擋土墻作為一般土建工程的攔土建筑物常用在閘壩翼墻和渡槽、倒虹吸的進出口過渡段，它的優化設計問題常被忽視。實際上各類擋土墻間的技術和經濟效益差別是相當大的。而一些工程的現實條件又使一些常用擋土墻呈現出諸多方面局限性。黃壁莊水庫除險加固工程的混凝土生產系統的擋土墻建設在優化設計方面向前邁進了一步，在技術和經濟效益方面取得明顯效果，其經驗可供同類工程建設參考。

關鍵詞：減壓式擋土墻優化設計風險決策研究黃壁莊水庫

1問題與思路

1.1問題的提出

為建設黃壁莊水庫副壩防滲墻，擬在副壩下游側樁號2+000和3+750處的壓坡平臺上興建2座產量200m3/h的大型混凝土生產系統，該系統含2個長×寬×高為60×60×8.4m一次儲量7000m3的儲料場和2座2×1.5m3的強制式機組的拌和樓見圖1。由于副壩是整個水庫工程存在隱患最多的部位，水庫主管單位對在壓坡平臺上興建工程嚴加限制：一不得深挖；二不得寬挖。保證在除險加固完成前副壩的安全度汛。在地形條件受限制的情況下，如何確保儲料場按計劃完成，關鍵在擋土墻設計。

如何在眾多形式的擋土墻中選擇一種適合現場條件的檔土墻結構是當前必須研究的課題。檔土墻作為一般攔土結構物，常用在閘壩的翼墻和渡槽、倒虹吸的進出口邊墻及其他路堤擋土部位等。對這類工程的優化設計問題往往易被忽視。我們的實踐表明，各類擋土墻的技術經濟效益有著相當大的差別。本項研究，從工程實際出發，意圖在如減壓式擋土墻、重力式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻等四種結構中進行雙向優選，即進行本類的優選設計和各類之間的優選比較，最后確定一種技術、經濟狀況最優、現場適應性最好的擋土墻方案用于本工程?，F將研究過程介紹如下。

1.2課題研究思路

該課題的研究思路分三步的研究思路。

第一步，首先確定方案比選的統一標準。過去人們的觀點認為擋土墻形狀各異，結構不同，各有優缺點，要比較相當困難。實際上任何形式的擋土墻功能都是擋土攔土，因此研究認為，它們的正常擋土狀態就應當是一個統一標準，而這個正常的擋土狀態正是現行的規范狀態，在規范狀態下這些參與比選的各類擋土墻是處在同一個設計水平上，因而可以比較。

第二步，確定優化設計的風險決策方法。眾所周知，任何擋土墻的穩定性特征值都是擋土墻背填土物理力學特性的函數，同時又受地基結構特性的約束；對于擋土墻的經濟造價，又與結構特征相關的工程量及市場物價相關的分析單價密不可分。顯然，這些都是描述擋土墻特征的隨機變量。鑒于擋土墻具有上述特點，因此可以認為每類擋土墻也是離散隨機變量，采用數學期望準則和優勢比較準則完全能夠將含離散隨機變量的各個方案進行優劣比較，按照定義，離散隨機變量的一切可能值xi與對應的概率p（ζ=xi）的乘積之和稱為數學期望，記為mζ。如果隨機變量只取得有限個值：x1、x2、x3、……xi，而取得這些值的概率分別是p（x1）、p（x2）、p（x3）……p（xi）則

mζ=x1p（x1）+x2p（x2）+x3p（x3）……xip（xi）

運用到風險決策中來，以mζ值最小為最優方案。

優勢比較準則實際是將方案的技術效益或造價進行比較。當方案ⅰ的隨機變量s1、s2、s3、……si與方案ⅱ的隨機變量s1、s2、s3、……si對應相減，其值為“0”或“+”值，則方案ⅰ有優勢；若相減后其值為“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，則方案ⅰ不存在優勢。

第三步，選取擬比較的能反映方案特性的隨機變量可能值。研究認為，方案的規范狀態，擋土墻的墻基應力，墻基對圍巖的擾動度參數——擋土墻的寬高比b/h和相對避擾度、工程造價及相對效益a等值，基本能描述擋土墻的特征，而且這些變量在分析過程中都能一一取得。故以它們作為研究比較的隨機變量是合理的。

第四步，搜索各類擋土墻的規范狀態并按數學期望準則和優勢比較準則分別考核各個待選方案。選出最優秀方案。

2各類擋土墻的設計指標

2.1確定計算擋土墻的土壓力理論

目前計算土壓力的理論有多種，而各種理論又用各自不同的假設分析方法來求算土壓力。根據初步篩選，除減壓式擋土墻外，其余重力式擋土墻，懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻背墻頂與墻踵連線傾角均大于臨界角εer，本工程εer=45-ψ/2。盡管一些方案的墻背可能出現第二滑裂面，盡管采用的計算公式可能出現誤差，為方便起見確定統一采用郎肯主動土壓力理論來計算各類擋土墻的主動±壓力。初步分析估算，計算誤差不會導致大方案比較結果出現錯位。