水利工程中的挡土墙设计解析

[摘要]：文章就水利工程中的挡土墙的分类和影响挡土墙稳定的非结构因素及稳定验算分析方面对挡土墙的设计进行了解析。

[关键词]：水利工程；挡土墙；分类；非结构因素

中图分类号：TV 文献标识码：A

在水利工程设计中, 经常遇到建筑场地起伏不平、高差较大的情况,在这种条件下,既要建筑场地的美观实用又想最大限度地减少土方量的平整, 降低造价,其办法就是设置挡土墙。

1 挡土墙的分类

1．1衡重式挡土墙

衡重式挡土墙是一种特殊的断面结构，由上墙、衡重台与下墙三部分组成，多采用素混凝土或浆砌石建造，其稳定性主要是靠墙身自重和衡重台上填土重量维持的。由于衡重台有减少土压力的作用，衡重式挡土墙断面比重力式挡土墙小，因此其应用高度较重力式大，特别是修建在岩基上的衡重式挡土墙，由于容许承载力较高，有时挡土墙的高度可大于20m。

一般来说，衡重式挡土墙的自身强度都能满足要求，其结构尺寸的拟定主要取决于结构稳定和地基条件。根据工程经验，衡重台一般设置在0．4～0．5倍墙高处，衡重台以上为梯形断面，衡重台以下设4：1-5：1的倒坡，底板以上的土体破裂面连线不应超出衡重台的尾端，最好留有一定的余地，这样才能尽可能减少水平向土压力对结构稳定的影响。由于衡重式挡土墙底板断面尺寸较小，要求建造在良好的地基上。

1．2悬臂式及扶壁式挡土墙

悬臂式和扶壁式挡土墙均属于轻型钢筋混凝土结构，稳定性均是以底板上填土的重量来保证。悬臂式挡墙由断面较小的立墙和底板(前趾板和踵板)两部分组成；扶壁式挡墙由墙面板、底板(前趾板和踵板)和扶壁两部分组成。这两种挡墙的应用主要根据墙高的不同来进行选择，前一种适用于墙高处于5～iOta之间，而后一种则适用于lore以上。而且，后一种更加适合较大型的土建工程施工的挡土墙设置。二者设计断面尺寸要求基本一致，根据经验，底板宽度约为墙高的0．6～0．8倍，墙趾宽度取底板宽度的O．15～0．3倍，另外，扶壁式挡土墙的扶壁间距净宽约为墙高的0．3～0．5倍，扶壁厚度约为扶壁间距净宽的l／6～l，8，具体尺寸应通过挡土墙的整体稳定计算来确定；底板以及墙壁的配筋则要根据各部位结构的受力依据混凝土的结构原理来进行计算。单就扶壁式挡土墙应用来讲，工作人员在施工时还应该将其伸入墙内的宽度控制在墙高的约1／3左右，而且适宜将墙身以及墙踵制作成三边固定的型式，以保证其设计计算的各项数值的正确性。

1.3锚杆式挡土墙

锚杆式挡土墙主要由钢筋混凝土墙板及锚杆组成，其挡土墙面的稳定是靠深入墙后岩体或土体的锚杆通过粘结剂与岩体或土体的握裹力维持的，主要用于陡立边坡的防护。锚杆式挡土墙尺寸除应满足强度、刚度和抗裂要求外，还应满足挡墙立柱基础，锚杆钻孔锚固和防腐蚀要求。挡土墙立柱间距不宜大于8m，预应力锚杆自由段长度不应小于5m，且应超过潜在滑裂面；锚杆的锚固段长度由计算确定。实际施工时，锚杆可采用拧入、钻孔灌浆以及开挖预埋几种方式来进行设置。需要注意的是，锚杆式挡土墙施工时，如果遇到周围有高层建筑的情况，就要采用水泥的搅拌桩或者是连续的水泥墙等措施来取代地锚施工，避免对周围建筑造成不良影响。

1.4 重力式挡土墙

按照墙背倾角的不同，可将其划分为三种，包括俯斜、竖直以及仰斜，俯斜式和直立式墙后填土易压实，利于防渗，且便于施工，应用较为普遍。仰斜式的挡土墙可降低土压力，但存在墙后填土困难，施工不便的问题，主要可应用于工程的护坡挡土。当墙后允许开挖变坡较陡，或为获得好的水流条件，有时采用由俯斜到仰斜过渡的扭曲翼墙。就结构要求而言，重力式的挡土墙项板宽度及底板厚度均应大于0．5m，底宽范围大约处于墙高的l／2。l／3之间；又由于大多数挡土墙墙前行水的原因，往往因水流的冲刷而造成墙前基底淘空，影响到挡土墙的安全，因此底板应有一定的埋深，埋深应根据地形、地质、水流冲刷条件以及结构稳定和地基整体稳定要求等确定，墙底的最小埋深应该大于0．5m，并且还可以做成逆坡的形式以加强其抗滑能力。

2影响挡土墙稳定的非结构因素及稳定验算分析

挡土墙在水利工程建设中发挥着极其重要的作用，一旦其在应用中产生失稳就会导致水利工程的不同程度的崩塌，所以，在进行挡土墙设计施工时，一定要注意加强对于挡士墙稳定性的有效验算。本文下面就从几个方面来分析以下影响挡土墙稳定性的相关问题：

2．1分析影响挡土墙稳定性的非结构因素

挡土墙作为当前水利工程建设的重要组成部分，稳定至关重要，除了挡土墙的断面结构尺寸必须满足稳定要求外，影响其稳定性的非结构因素主要有挡土墙自身的构造形式以及其所受处的外部条件。①就其自身的构造形式来讲，墙身的排水孔设置以及沉降缝设置是挡土墙安全运行的必要保证。一方面，排水孔的合理设置能够保证墙后水以及地下水的顺利排出，减少墙体所受到的侧向压力，一旦排水孔的数量过少或者设置不均匀导致墙体排水孔的淤塞就会直接影响到挡土墙的稳定性。另一方面，为了防止和减少由于地基不均匀沉降、温度变化和混凝土干缩等因素引起的变形和裂缝，挡土墙必须分段，且分段长度不能太大，相邻

段挡土墙之间设置永久缝，假如伸缩缝设置的间隔(每缝间隔约15．25m)及缝宽(20ram)不恰当，墙体就容易产生裂缝。而影响到墙体的稳定性。②不同类型的挡土墙具有不同施工需求，在施工中如果不切实地把握好这些旋工条件，就会影响到挡土墙的稳定性。以砌石挡土墙为例，其施工中的水泥及砂浆配比的不合理、施工反滤层及泄水孔设置的缺失、石块的堆积等，都会造成挡土墙应用的不确定性，从而使挡土墙在长期的应用中受到来自外部荷载压力、水灾、地震等因素的影响而降低稳定性，最终失去稳定性而导致崩塌。

2．2挡土墙韵稳定性验算分析

水工挡土墙的稳定验算应根据地基情况、结构特点及施工条件进行计算。在各种运用情况下，挡土墙地基应能满足承载力、稳定及变形的要求。挡土墙的稳定性验算主要有抗倾覆稳定以及抗滑稳定这两项，工作人员一定要针对这两项积极地做好挡土墙稳定性的有效验算。当挡土墙墙后地下水位高于墙前水位时，还应验算挡土墙基底的抗渗稳定性，必要时可采取有效的防渗排水措施。在实施稳定性验算之前，必须从挡土墙的墙身材料、施工地质、施工条件、填土性质等几个方面来对墙体的截面尺寸进行试算，当一切都符合要求时才能进行验算。同时，验算工作还必须充分关注到土质的压缩性，避免类似于软弱地基的倾覆验算工作中将墙趾压入土中，还要防止力矩中心点的内移问题，以保证挡土墙的抗倾覆稳定。从具体的验算工作方面讲，如果墙体的重力、主动土压力、墙底的反力和埋入土中的墙面所受被动力等同时作用在挡土墙上面，验算时可以将对墙体稳定有利的土压力忽略掉，以提升其验算结果安全性。在进行挡土墙抗滑稳定验算时，由于挡土墙基底面与地基之间的摩擦系数对挡土墙的稳定至关重要，摩擦系数的取值要充分考虑实验室条件与实际情况的差别，还要结合实际的旌工水平，参数取值不能太小，要相对保守一些。另外，还要按照实际土体的重度来计算侧向土压力及自重。在这些关键参数确定以后，就应该对截面及底宽等方面进行有效的验算控制，以尽量减少墙体渭移问题的产生。

结语

水工挡土墙设计是水利工程项目整体设计的重要组成部分，它能够保证水利工程实现长期、持续、稳定、安全的运行，对水利工程功能的发挥起着非常重要的作用。因此，水利工程施工设计人员在设计挡土墙时，要在积极地做好挡土墙种类选择的同时，认真严格地落实挡土墙的稳定性的验算设计，确保挡土墙在水利工程建设中发挥最大的效用。

参考文献:

[1] 张大辉.对水工挡土墙设计与探讨[J].黑龙江科技信息, 2009, (14): 225

[2]莫永辉.预应力锚杆挡土墙的设计与施工技术探讨[J].科技创新导报, 2009, (20): 55