水利工程中挡土墙的设计论述

摘要：在现代水利工程建设中，挡土墙的应用十分广泛。水利工程挡土墙的施工一般都是在水中或是近水区域，所以施工难度及技术要求都要远远高于普通工程施工。本文通过对水工挡土墙设计中经常出现的一些问题进行分析，希望对提高水利工程建设施工质量能有所帮助。

关键词：水利工程挡土墙设计计算分析

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挡土墙施工是现代水利工程施工的重要环节，并且在面临洪水灾害的时候，挡土墙发挥着非常重要的作用，其施工质量也因此而倍受关注。挡土墙是否处于安全状态，对河道周边以及下游区域居民的生命与财产安全有直接的关联，因而对社会和谐稳定发展也有极大影响。同时，水电水利工程中水工混凝土挡土墙还兼备抽水、排水和发电等不同功能，因此成为河道工程的枢纽。在水工建筑不同的情况下，其对于防水墙也存在有不同程度的要求，所以在进行水工混凝土挡土墙施工建设时，应以建筑级别作为依据，进而对挡土墙的级别进行确定。

一、划分挡土墙的级别

作为水工建筑施工中的一方面，水工混凝土应以水工建筑级别为依据进行其级别的划分。在当前，GB/T50265-97、GB50288-99、SL252-2000、SL253-2000、GB50286-98和SL265-2001为水工建筑级别确定的相关标准。在实际的工程建设中，防洪建筑通常划分为四个标准，从高到低依次为一、二、三、四级，此标准划分以居民生活受到建筑物发生事故影响而导致损失的程度为依据。在水工混凝土的挡土墙进行施工作业之前，应先针对水工建筑的级别予以确定，对此级别的划分标准具体可取相关资料书籍为参考依据，笔者在此不再一一赘述。在对水工混凝土挡土墙进行级别确定时，应着眼于长远，对不同情况进行综合考虑，可将挡土墙级别适当向上提升一个等级。同时，鉴于水工混凝土挡土墙具有较为特殊的性质，因此应得到政府批准和专家认可才能进行施工作业。水工混凝土的挡土墙分两种设计要求，一种为无挡水，另一种为挡水。但对于两者来说，无论作何要求，其均应对各种不利因素进行综合考虑，并给出有效的处理措施。此外，水工混凝土挡土墙还肩负挡土和挡水任务，同时不允许河流水从其顶部溢出。

二、工程实施

（一）工程结构的安排

水工混凝土挡土墙依据其位置的差异，其设计工作也应进行相应调整。在翼墙的设计工作中，可采用曲线半曲线或直线结构，此类设计能够提高翼墙对水压的承受度，且维护与修复措施也较为便捷。相对于翼墙的结构设计来说，只能使用圆弧式作为岸墙挡土墙的结构设计方式，这是在对其所承受荷载较翼墙相比更高的因素予以考虑的基础之上，圆弧式结构能够将挡土墙所承受的压力进行有效化解，从而为工程稳定性带来有效保障。作为一种塑性材料，水工混凝土与其它材料相比，其抗拉强度并不算太高，所以其通常表现出半重力式或者重力式。对于水工混凝土挡土墙来说，其墙顶部设计工作也应严格依据施工规范进行，而不能想当然地将其设计为多少数值的宽度，应严格以水工建筑材料为依据进行确定。通常来说，以0.2~0.6m为最佳。在已经填土的情况下，此数值可以适度增大，但同样应严格依据所填充土料的体积来计算。与硬币一样，墙也分两面，而对于挡土墙来说，迎水面和背水面就是其普通意义上的两面。在一般情况下，水工混凝土挡土墙应稍微向前倾出，并将土料填充在背水面后部。

（二）合理排水并防止渗透

在水工混凝土挡土墙的设计过程中要考虑到很多因素，其中合理排水和防止出现渗透现象是其中较为重要的两点，任何部位发生渗透都可能导致挡土墙整体结构发生毁灭性的后果。因为在投入使用后，水工混凝土挡土墙就会受到水流不间断的持续冲击，轻微的渗透在水流的长期冲击与侵蚀作用下会逐渐扩张，尤其是在河道汛期，渗透的扩张速度会随之加快。此类渗透往往会造成严重损失，因为难以采取有效的维护与修复措施，即使混凝土渗透性并不高，依然会造成一定程度的风险，对此可以将混凝土中不同材料配比进行调节，使水工混凝土挡土墙渗透现象能够被控制在理想状态下。在排水管道设计时更应对此予以充分的考虑。从横切面来看，排水管呈高低向，排水管间距应保持合理，不应过于狭窄，否则会对墙体的整体稳定性造成不利影响，但排水管间距过大则会影响排水速度，因此应合理设置其间距。对于排水管数量的设置，应以雨季汛期排水量多少为依据进行设计，若排水量需求能够得到充分满足，则可适量增加排水管。

三、混凝土挡土墙的负载

在一般情况下，普通水位状态下的重力和压力为水工混凝土挡土墙的基本负载。在紧急状态下，情况则有所变化，水工混凝土挡土墙会承受其它负载。但无论是何种负载，都必须对水工混凝土挡土墙的承载能力予以充分考虑。所以，在进行水工混凝土挡土墙的负载能力计算时，也同样是一个值得考虑的问题，其负载能力的计算步骤如下：

1、首先应对水工混凝土挡土墙的几何结构、整体设计和自身重量予以确定。

2、分别对正常情况下和非正常情况下的水流速度与水位高度进行确定。

3、对水工混凝土挡土墙使用超真模拟法实施模拟实验，模拟得出在墙体被洪水冲垮时墙体所受到的压力，此数值即为水工混凝土挡土墙所能承受的最大压力。在进行挡土墙承载压力的计算时，同时应考虑到诸多因素的影响，例如水的含沙量、填料量的多少和风速等等，若对于此类因素的关系无法确定，则可以运用单一测试方法针对此类因素对挡土墙压力产生的影响程度进行实验和计算。

四、水工混凝土挡土墙相关基本指标的计算分析

（一）、渗透性的计算

在水工混凝土挡土墙的施工过程中，应尽可能地将渗透性控制在合理数值范围内，其具体方法为分布式矩阵法，也就是说在逻辑上将挡土墙进行分割，使其成为面积大小相同的矩形，对单个矩阵的渗透性进行逐一测试，再对多个小矩形进行整体全面测试，最终值取为所得数据的平均值，并实施误差估计，此时应针对在不同时期墙体的渗透性予以充分考虑，因而在计算过程中又加入新的考虑因素，难度也更大。

（二）抗震性的计算

由于抗震性的计算没有很好的方法，只能通过全真模拟的方法去测试。在具体操作中，应该先评估整个防真的合理性，再对模拟的水工混凝土挡土墙逐渐加大震动压力，并记录不同的震动压力下它整个墙体结构的稳定性以及震后墙体的损失程度。计算抗震性没有必要将仿真的水工混凝土挡土墙抗垮，只需要知道它所能承受的合理震压，这里的合理震压是指震后挡土墙仍然具有原来的功能或者只需进行简单的修复就能工常工作，这样就使得整个计算过程更加合理。

（三）浮动性的计算

浮动性的计算也是水工混凝土挡土墙在投入使用前很重要的一步，它的主要原因是，在最坏的情况下，水位会超过或者与混凝土挡土墙的墙顶齐平，水的流速也会很大，因此它对墙体的浮力会很大，而浮力的增大会影响挡土墙的抗压性。具体的公式是：

E=k×V/U

k是比例常数，和混凝土的配制等有关，V是作用在墙体的全部向下压力之和，U是作用在墙底向上的张力。具体参数的数值请参考指导书籍，那里会有更详细的说明。

五、结语

水工混凝土挡土墙施工技术会随着时代的发展不断得到完善，像如今著名的三峡工程就是最好一个例子，一方面它使用着这种技术指导它的水利建设工作，另一方面它又不断补充它的内涵，使其更好的建设服务。以上只是水工混凝土挡土墙在施工过程中必须要考虑的一些因素，对于一些不重要的方面这里已经略去，如地基稳定性计算、墙体内力的计算等，当然，在实际施工过程，这些因素也会对整个施工过程产生影响。

参考文献

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