试述水工挡土墙设计

【摘要】附属于水工建筑物的承受土压力、防止土俸塌滑的挡土建筑物就为水工挡土墙。本文通过对水工挡土墙设计的总结，简单介绍了设计中应注意的几个方面。

【关键词】水工挡土墙设计；衡重式挡墙；高度比；垫层法；水位差；地基承裁力；

中图分类号：TD229 文献标识码：A 文章编号：

l衡重式挡土墙上墙与下墙高度比

关于衡重式挡土墙上墙与下墙高度比的取值，在很多参考书中都提到，说法且比较统一，一般采用4:6时较为经济合理。其实这是一种经验取值，并不是每种情况下都采用4:6是经济合理的。那取值到底多少比较经济合理？实际上，衡重式挡土墙尺寸应根据结构稳定和地基强度的要求确定，根据结构计算和工程实例，总结出上墙高

为0.4-0.5倍墙高较为经济合理。这主要与地基的允许承载力有关，地基基础允许承载力较低时宜采用0.4，较高是宜采用0.5（允许承载力较低较高只是相对的，与挡墙的设计高度有关）。

2垫层法设计

2.1土垫层法概念

垫层法是挖除建筑物底板下的浅层软弱土或不良土，换填较好的土料或其他材料，换填的土料或其他材料通过一定的密实措施，以满足建筑物对地基的要求。垫层法的原理和作用就是以砂（或砂石）、碎石（或砂卵石、块石）、素土（或灰土、二灰）等强度较高的材料，置换地基表层松土、软土和承载力达不到设计要求的土层，来提高持力层的承载力，并减少持力层的沉降量。采用换土垫层法处理水工挡土墙，设计时常用的垫层材料主要是素土和砂。

设计时认为垫层法就是把建筑物底板下的表层软弱土或不良土全部挖掉，这是一种片面的理解，并不是每种情况下都要全部挖掉，只有在软弱土层或不良土层厚度小于3. 0m时才考虑是，通常应比按应力扩散角法计算的宽度（或长度’）要大一些，考虑到水工挡土墙运行时的复杂情况以及襟边要求，垫层底面的采用宽度（或长度）宜比计算宽度（或长度）大2m ~3m（按工程的重要性确定是否取大值）。

2.2垫层法设计应注意的问题

2.2.1计算垫层的厚度和宽度

对于垫层厚度和宽度的确定，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层或不良土层，又要求有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。

一般情况下，换土垫层厚度不宜大于3m（否则宜采用其他地基处理方法，也可经方案比较确定）。垫层底面的宽度（或长度），通常应比按应力扩散角法计算的宽度（或长度）要大一些。

2.2.2确定垫层的密实度要求

为了保证换土垫层达到设计要求的密实度，施工时可根据土料的成分选用不同的密实方法。对于素土垫层，遁常可采用碾压法施工；对于砂垫层，可采用水撼法施工。施工中应通过试验确定垫层材料的控制含水量，进行分层压实或振密；分层厚度应控制在20cm一30cm，不宜超过30cm；并应在下层垫层的密实度检验合格后，方可进行上层垫层施工。在通常情况下，施工后只需根据土质类别检测其压实度或相对密度，即可判别其地基强度是否满足要求。对于垫层材料的密实度检验，素土垫层可检验其压实度，砂垫层可检验其相对密度。

2.2.3核算垫层及垫层下地基的渗流稳定性

采用换土垫层法处理时，不但要满足地基的强度条件，还要验算基础的渗流稳定。比如，采用砂（或砂石）垫层、碎石（或砂卵石、块石）垫层的挡土墙，由于这类垫层材料的渗透性强，其底板下

应优先采用垂直防渗体以保证渗流安全。

2.2.4验算垫层及垫层下地基的滑动稳定性

采用换土垫层进行地基处理的挡土墙，要求验算基础可能产生深层滑动时的最小抗滑安全系数，可采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法计算，计算结果应满足规范要求。

2.2.5复核地基沉降量

采用换土垫层进行地基处理的挡土墙，还要求核算基础的沉降量，计算的最终沉降量应小于规范规定的允许值。

3墙前墙后水位差取值

在水工挡土墙设计中，墙前、墙后水位的组合。条件是非常关键的。为了水工挡土墙的结构安全，设计者往往会采用一些后水位。如在长江、金沙江设计水工挡土墙时，采用5m-6m的水位差，这显然不符合实际情况。挡土墙墙前、墙后水位的组合条件应根据挡土墙在运行中实际可能出现的水位情况确定。这就要求设计人员要有非常正确的水文（或行洪论证）资料，墙后填土的土质渗透性以及所采用的防渗与排水布置形式等。

根据已建水工挡土墙运行的实践经验，结合设计时计算的水位组合条件，对挡土墙抗滑稳定起控制作用的，往往不是墙前抵御最高洪水位时的水位组合条件，而是墙后填土内为可能出现的最高地下水位(长时间暴雨后或潮汐河道涨潮后)，墙前为最低水位（可能是在宣泄一定流量情况下尾水被退走时或潮汐河道落潮时）或无水时的水位组合条件。因为这时墙前、墙后水位差最大，对结构的抗滑稳定最不利。

4地基承载力设计

挡土墙墙前、墙后水位的组合条件，应根据挡土墙在运行中实际可能出现的水位情况确定。这就要求设计人员要有非常准确的水文（或行洪论证）资料，墙后填土的土质渗透性以及所采用的防渗与排水布置型式等。

根据已建水工挡土墙运行的实践经验，结合设计时计算的水位组合条件，对挡土墙抗滑稳定起控制作用的，往往不是墙前抵御最高洪水位时的水位组合条件，而是墙后填土内为可能出现的最高地下水位（长时间暴雨后或潮汐河道涨潮后）．墙前为最低水位（可能是在宣泄一定流量情况下尾水被推走时或潮汐河道落潮时）或无水时的水位组合条件。

对于潮汐河道上的岸墙或翼墙运行期的墙前、墙后水位差，在取值上没有一个固定的参考位，大多凭经验取值，偏差较大。有的取最大潮差，水工挡前、墙后都无的枯水位）验算（注意有特例，不要简单认为每一个工程都是这样）。下而就土质地基和岩质地基的承载力设计作一简单介绍。

4.1土质地基承载力设计

对于土质地基上的挡土墙，在各种计算情况下（一般控制在完建情况下），平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。土质地基承载力设计时主要应注意以下三个方面。

4.1.1地基允许承载力的确定

基础资料（地质报告）中所提的地基承载力建议值（标准值），只能作为计算允许承载力的参考，不能片面地认为就是地基允许承载力，而应按实际情况进行换算（修正）。在洪期和水位骤降期，地基承载力不进行修正是合适的，即地基承载力建议值就是地基允许承载力（地基承载力设计值）。

4.1.2 结合现有工程的运行情况，实践证明，粘土地基上挡土墙基底应力最大值与最小值之比的允许值大小，应根据粘土软硬程度确定。同样，对于砂土地基，要求挡土墙基底应力最大值与最小值之比不大于1.5~2.0，有时也难于得到满足。对于地震区的松砂地基，因排水不畅且不易密实易产生液化；在地震设计烈度为Ⅶ度及其以上的砂土地基，地震时亦易产生“液化”，可能导致地基严重破坏。为了工程的安全，坚持这样的要求也是十分必要的。对于地震设计烈度Ⅶ度以下的紧密砂土地基上的挡土墙，适当放宽基底应力最大值与最小值之比的要求也是比较符合实际和确实可行的。因此，砂土地基上挡土墙基底压力最大值与最小值之比的允许值大小，应根据砂土的松密程度，并考虑有无地震影响来确定。

基底应力最大值与最小值之比的允许值的规定，主要是防止结构产生过大的不均匀沉降及可能的倾覆破坏。

三、结语综上所述，在具体的施工过程中要根据当地的材料以及地基的要求强度采取不同的挡土墙施工方法，只有这样才能又快又好的满足施工进度和要求。只要设计得当、施工规范就能达到很好的效果,既经济又施工方便、简单,值得推广采用。

参考文献

[1]管枫年，薛广瑞，王殿印．水工挡土墙设计．北京：

中国水利水电出版社，1996

[2]迭．公路挡土墙设计，人民交通出版社，1999

[3]尉希成，周美岭，支挡结构设计手册（第二版）．中

国建筑工业出版社．2004．