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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(yōu)化設(shè)計問題常被忽視。實際上各類擋土墻間的技術(shù)和經(jīng)濟效益差別是相當(dāng)大的。而一些工程的現(xiàn)實條件又使一些常用擋土墻呈現(xiàn)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(chǎn)系統(tǒng)的擋土墻建設(shè)在優(yōu)化設(shè)計方面向前邁進了一步，在技術(shù)和經(jīng)濟效益方面取得明顯效果，其經(jīng)驗可供同類工程建設(shè)參考。

關(guān)鍵詞：減壓式擋土墻優(yōu)化設(shè)計風(fēng)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(shè)黃壁莊水庫副壩防滲墻，擬在副壩下游側(cè)樁號2+000和3+750處的壓坡平臺上興建2座產(chǎn)量200m3/h的大型混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(yán)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(guān)鍵在擋土墻設(shè)計。

如何在眾多形式的擋土墻中選擇一種適合現(xiàn)場條件的檔土墻結(jié)構(gòu)是當(dāng)前必須研究的課題。檔土墻作為一般攔土結(jié)構(gòu)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(yōu)化設(shè)計問題往往易被忽視。我們的實踐表明，各類擋土墻的技術(shù)經(jīng)濟效益有著相當(dāng)大的差別。本項研究，從工程實際出發(fā)，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(jié)構(gòu)中進行雙向優(yōu)選，即進行本類的優(yōu)選設(shè)計和各類之間的優(yōu)選比較，最后確定一種技術(shù)、經(jīng)濟狀況最優(yōu)、現(xiàn)場適應(yīng)性最好的擋土墻方案用于本工程?，F(xiàn)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(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。過去人們的觀點認為擋土墻形狀各異，結(jié)構(gòu)不同，各有優(yōu)缺點，要比較相當(dāng)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(tài)就應(yīng)當(dāng)是一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而這個正常的擋土狀態(tài)正是現(xiàn)行的規(guī)范狀態(tài)，在規(guī)范狀態(tài)下這些參與比選的各類擋土墻是處在同一個設(shè)計水平上，因而可以比較。

第二步，確定優(yōu)化設(shè)計的風(fēng)險決策方法。眾所周知，任何擋土墻的穩(wěn)定性特征值都是擋土墻背填土物理力學(xué)特性的函數(shù)，同時又受地基結(jié)構(gòu)特性的約束；對于擋土墻的經(jīng)濟造價，又與結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的工程量及市場物價相關(guān)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(shù)學(xué)期望準(zhǔn)則和優(yōu)勢比較準(zhǔn)則完全能夠?qū)⒑x散隨機變量的各個方案進行優(yōu)劣比較，按照定義，離散隨機變量的一切可能值xi與對應(yīng)的概率p（ζ=xi）的乘積之和稱為數(shù)學(xué)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(fēng)險決策中來，以mζ值最小為最優(yōu)方案。

優(yōu)勢比較準(zhǔn)則實際是將方案的技術(shù)效益或造價進行比較。當(dāng)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(yīng)相減，其值為“0”或“+”值，則方案ⅰ有優(yōu)勢；若相減后其值為“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，則方案ⅰ不存在優(yōu)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(guī)范狀態(tài)，擋土墻的墻基應(yīng)力，墻基對圍巖的擾動度參數(shù)——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(guī)范狀態(tài)并按數(shù)學(xué)期望準(zhǔn)則和優(yōu)勢比較準(zhǔn)則分別考核各個待選方案。選出最優(yōu)秀方案。

2各類擋土墻的設(shè)計指標(biāo)

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(shè)分析方法來求算土壓力。根據(jù)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(xiàn)第二滑裂面，盡管采用的計算公式可能出現(xiàn)誤差，為方便起見確定統(tǒng)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(dǎo)致大方案比較結(jié)果出現(xiàn)錯位。