港航工程擋土墻結(jié)構(gòu)選型之探討

摘要：港航工程所涵蓋的范圍非常之廣泛，它包括碼頭、護(hù)岸、防堤坡的鞏固；堆場道路的維護(hù)；船塢船臺船閘的建造；水下地基土人工島及平臺的開發(fā)、近海航道、工程的整治以及水下挖炸礁與清障等。在港口、航道以及一些防洪堤壩，擋土墻起到了非常重要的作用，特別是在抗洪抗震中更是將其作用發(fā)揮的淋漓盡致。本文從內(nèi)河港航工程的角度出發(fā)，首先介紹了擋土墻主要的幾種結(jié)構(gòu)類型以及其作用，然后簡述了關(guān)于擋土墻選型的相關(guān)驗算，最后對于內(nèi)河港航工程應(yīng)如何選擇擋土墻進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字：港航工程；擋土墻；結(jié)構(gòu)；選型

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(b)-0000-00

擋土墻是防止出現(xiàn)填土或土體失穩(wěn)狀況，穩(wěn)固填土或山坡土體的建筑物。支承體與被支承土地直接接觸的擋土墻橫斷面稱為墻背，與擋土墻橫斷面的相對的斷面稱為墻面，基底是與地基直接接觸的地方，與基底相對的墻的頂面稱為墻頂，靠近墻面一端的基底稱為墻趾，靠近墻背一側(cè)的基底稱為墻踵，其作用是保持邊坡或人工填土的穩(wěn)定，防止路堤、隧道洞口及河岸壁的失穩(wěn)。在內(nèi)河港航工程中，擋土墻的選型合適與否直接關(guān)系著整個工程的質(zhì)量。

1 擋土墻的結(jié)構(gòu)形式

1.1重力式擋土墻

它是依靠墻體自身的重力抵抗側(cè)壓力的擋土墻，通過石塊、片石、混凝土預(yù)制進(jìn)行石砌或混凝土整體澆注而成的梯形擋土墻。它的尺寸不是固定不變的，而是隨墻型和墻體的變化而變化。土壓力隨著擋土墻墻背坡度的減緩而減小，重力式擋土墻墻面胸坡的坡度與背坡坡度之比是在1:0.2至1:0.3之間。為了保持其墻體的穩(wěn)定性及容易施工，墻面和墻背應(yīng)該盡量保持平行，墻背的背坡不應(yīng)小于1:0.25。當(dāng)墻身高度達(dá)到一定值時，基底壓應(yīng)力往往成為截面尺寸的控制因素，為了使地基應(yīng)壓力在地基承載力范圍之內(nèi)，將對擋土墻同樣有抗傾覆穩(wěn)定的墻趾臺階加設(shè)在墻底，砌體的剛性角有利于對墻趾之間高度和寬度之比的確定，石砌圬工一般不大于35度，而對于混凝土則往往小于45度。由于要抵抗墻后填土土壓力，所以擋土墻必須具有足夠的強(qiáng)度與整體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，才能在擋土墻荷載的作用下沿著基底滑動，因此地基的繞墻趾轉(zhuǎn)動和承載力的傾覆穩(wěn)定是在設(shè)計時必須驗算的。

①重力式擋土墻的分類及特點

根據(jù)墻背的坡度，可以將重力式擋土墻劃分成三種類型，一種是仰斜式，一種是俯斜式，一種是直立式。

（1）由土壓力理論可知，墻背，填土或土體對俯斜背壓應(yīng)力最大，而垂直墻背次之，仰斜墻背最小。

（2）仰斜墻背與開挖臨時邊坡相結(jié)合，當(dāng)擋土墻在修建開挖的時候是不需要填土，而俯斜墻背后需要填土，因此仰斜墻背一般作為支擋挖方工程的首選，而對于填方工程，則會選擇俯斜墻背或垂直墻背。

（3）對于墻前平坦的地形，選用仰斜墻而對于地形較陡的，為防止墻身的增高，選用俯斜墻或垂直墻。

②重力式擋土墻的作用：由于衡重臺上的填土，墻身的重心后移，使墻身的穩(wěn)定性得到提高，而陡峭的墻胸，仰斜的下墻背，使土方的開挖量和墻的高度，減小。

1.2錨定式擋土墻

它是一種輕型的擋土墻，主要有錨定板式與錨桿式兩種。

①錨定板式擋土墻：由墻面系與鋼拉桿及錨定板組成。而墻面系又是由預(yù)制式的鋼筋混凝土肋柱和擋土板拼接而成，或者只用鋼筋混凝土面板組裝而成。鋼拉桿外端與內(nèi)端分別與墻面系的面板個錨定板連接，擋土墻的穩(wěn)定維持是依靠錨定板所提供的抗拔力。錨定板擋土墻屬于既是輕型，又是適用于填土的一種擋土結(jié)構(gòu)。

②由預(yù)制的鋼筋混凝土，立柱和水平或傾斜的錨桿以及擋土板綜合作用抵擋土體，其土體的穩(wěn)定性依靠巖土中埋置的錨桿的抗拉力來維持。

1.3薄壁式擋土墻

和錨定式擋土墻一樣是一種輕型擋土墻。由懸壁式擋土墻和扶壁式擋土墻兩種類型組成。

①懸壁式擋土墻：往往是有擋土墻的墻面和底面組成，形狀是一個倒“T”型。

②扶壁式擋土墻：扶壁式擋土墻與懸壁式擋土墻相比較，懸壁式擋土墻較復(fù)雜些，除了墻面和底面之外，還有踵板以及扶壁，才組成扶壁式擋土墻。在懸壁式擋土墻的長度方向上，間隔一段距離增加一個扶肋，這就轉(zhuǎn)變成為了扶壁式擋土墻。扶肋作為墻面與墻踵板之間連接的樞紐，很好的起到了鞏固加強(qiáng)的作用。使零散連接起來的部件完整化，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。同時也防止立壁因外界條件而發(fā)生變形。扶壁式擋土墻在澆灌方面由于地質(zhì)和地形而受到影響，整體澆灌和拼裝作為兩大技術(shù)也要因地質(zhì)疑選擇合適的方法。

薄壁式擋土墻同重力式擋土墻一樣，自身的重力保證了墻體的穩(wěn)定性。再加上踵板上也有填土的重力，使墻體的穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步的完善。而墻趾板與基底的接觸決定了減少抗傾覆的穩(wěn)定性，同時使基底的應(yīng)力大大減小。薄壁式擋土墻簡單的結(jié)構(gòu)，輕而小得墻身，優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)度性能和較低的承載力，使得其應(yīng)用廣泛流傳開來。

1.4加筋土擋土墻

土體側(cè)壓力分布在墻背填土，拉帶及鑲面砌塊上的擋土墻。由于拉筋與土之間存在摩擦，為了使土體的變形條件和工程性能得到改善，在擋土墻中加入了拉筋。由于加筋擋土墻中存在拉筋，所以他的應(yīng)用范圍一般限于平坦寬敝的填方路段上。而不適于地形較陡的山坡或挖方路段。加筋土擋土墻具有很多優(yōu)點，強(qiáng)大的適應(yīng)能力使它對于地基的微小變形不受到影響，這也決定了他能很好的抵抗地震，還有它小巧的造型，占地面積不大且美觀，價格比較低廉，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

①加筋土擋土墻的作用：適應(yīng)性強(qiáng)，能抗震，抗變形。

②加筋自嵌式的景觀擋土墻：在加筋土擋土墻的基礎(chǔ)上又增加了自嵌式景觀自身的重力，使其穩(wěn)定性能夠進(jìn)一步的得到提高。加筋自嵌式擋土墻沿用了重力式擋土墻的設(shè)計與施工，由于自嵌式景觀的加入，使得結(jié)構(gòu)簡單化，不再需要砂漿施工，也能很好的防止滑動和失穩(wěn)。

2擋土墻選型的相關(guān)驗算

2.1穩(wěn)定性的驗算

一個合格的擋土墻，需要適應(yīng)的不僅是各種工程環(huán)境，還有自身穩(wěn)定性，抗傾覆抗滑移的能力。擋土墻的穩(wěn)定性取決于工程的地質(zhì)。填土的質(zhì)量以及墻體自身的結(jié)構(gòu)材料，施工條件等，首先根據(jù)自然環(huán)境和經(jīng)驗初步擬定擋土墻的墻身高，墻頂、墻底的寬度及應(yīng)埋入土層的深度，而墻體所受的應(yīng)力有墻體自身的重力，墻背側(cè)面的壓力，墻底土層的被動土壓力。在設(shè)計計算的過程中，墻頂、墻底的寬度一般取決于抗滑能力，墻身的強(qiáng)度也是應(yīng)該考慮的影響因素，在內(nèi)河中它需要承受水的沖擊等外力。但是從很多實際的工程實例來看，擋土墻的破壞大部分是由于傾覆導(dǎo)致的，這表明了在抗滑移方面一般應(yīng)該要有較大的安全儲備。

2.2強(qiáng)身強(qiáng)度的驗算

擋土墻墻身強(qiáng)度一般選擇在墻截面突變處來進(jìn)行驗算，例如墻底臺階的上截面等。對于重力式的擋土墻來說，在進(jìn)行驗算時，要先計算截面以上的墻體的重力，以及在這個高度的主動土壓力，然后再計算出該截面的內(nèi)應(yīng)力，最后才進(jìn)行強(qiáng)度的驗算。

2.3后背填土要求

根據(jù)大量的工程實例資料顯示，導(dǎo)致?lián)跬翂Φ顾钪饕脑蛑痪褪俏床扇∨潘胧Ｓ捎诘乇硭疂B入到填土中，降低了填土的抗剪強(qiáng)度，同時產(chǎn)生了水壓力的作用。所以，墻身在設(shè)計的過程中應(yīng)設(shè)置排水孔。排水孔的孔徑最好是大于等于100mm，孔間間距最好是2m到3m之間。一般在實際工程中，大多是采取在墻后做一個碎石濾水層，這樣有利于排水以及防止填土中細(xì)小的粒土流失。

2.4基底壓力的驗算

在擋土墻自身重力和土壓力的垂直分力作用下，基底壓力呈線性分布，其驗算方法按照線性分布計算。擋土墻的基底壓力應(yīng)小于地基的承載力，不然地基會失去穩(wěn)定性而導(dǎo)致整體移動。一般情況下，擋土墻基底壓力屬于偏心受壓，所以就要求墻底平均壓力要小于地基承載力，偏心距要小于擋土墻的墻身寬度。

3港航工程中擋土墻結(jié)構(gòu)選型的探討

由于擋土墻在結(jié)構(gòu)上的類型之多，有重力式、錨定式、薄壁式、加筋土式，柱板式，樁板式以及垛式擋土墻。而各種擋土墻的筑造材料也是不同的，用于建造擋土墻的材料有磚砌、混凝土、毛石和鋼筋混凝土。在實際的工程項目中，也要根據(jù)不同的情況選擇不同結(jié)構(gòu)的擋土墻。內(nèi)河是港航的一個分支，它主要有海岸碼頭建造所需的擋土墻、運(yùn)河兩岸防止土體滑坡的擋土墻以及水庫用于擋水抗洪的擋土墻等等。它需要考慮河岸旁土層的質(zhì)量，水的沖擊力及侵蝕力，還有水底的滑移。下面主要探討在內(nèi)河中應(yīng)如何選擇擋土墻。

3.1內(nèi)河港航工程中重力式擋土墻的應(yīng)用分析

重力式擋土墻作為一種傳統(tǒng)的擋土墻，其墻身主要由塊石和毛石組成。擋土墻的頂部寬度應(yīng)大于500mm，墻底寬應(yīng)保證為墻高的1/3至1/2 。作為一個合格的擋土墻，還需要保證其抗傾覆的穩(wěn)定性與抗滑移的能力。在內(nèi)河運(yùn)用中，當(dāng)選用類型為重力式擋土墻時，由于石塊間的縫隙，水流會滲透至內(nèi)部的土體，長年累月，會導(dǎo)致河道兩岸的土質(zhì)疏松，可能會導(dǎo)致?lián)跬翂Φ奶M(jìn)而導(dǎo)致土體的滑坡，所以重力式擋土墻不適合于內(nèi)河設(shè)置。

3.2內(nèi)河港航工程中錨定式擋土墻的應(yīng)用分析

錨定式擋土墻由鋼筋混凝土和地錨組成。其中地錨牢牢的錨固于土層，錨定式擋土墻區(qū)別與別的擋土墻，它將側(cè)面對它的土壓力通過鉆孔灌漿，開挖埋入或強(qiáng)行擰入傳到土體內(nèi)部，減輕了墻體的承受力，使其在內(nèi)河的建設(shè)中起著主導(dǎo)作用，作為碼頭建設(shè)，水庫擋土墻，運(yùn)河護(hù)堤的不二之選。

3.3內(nèi)河港航工程薄壁式擋土墻的應(yīng)用分析

由鋼筋混凝土澆筑而成，當(dāng)墻的高度超過5m時，墻的穩(wěn)定性取決于其上部土重。當(dāng)墻的高度達(dá)到10m時，對墻的承受彎矩，抗傾覆，抗滑移的功能要求也隨之提高。考慮到薄壁式擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于水流較慢的河道較適用，但當(dāng)涉及到水庫堤壩，海岸碼頭，擋土墻的選型時還是存在著一定的隱患。

總而言之，港航工程高深莫測，內(nèi)河設(shè)置多種多樣。順應(yīng)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河道安全的保障，內(nèi)河各處擋土墻的要求也越來越高。在重力式與錨定式、薄壁式等主要的三種擋土墻中，錨定式擋土墻適應(yīng)各種環(huán)境的內(nèi)河。還有較少的一些擋土墻，例如柱板式的擋土墻與樁板式擋土墻以及垛式擋土墻，其中柱板式擋土墻也比較適用。綜合工程的需要。土質(zhì)的質(zhì)量，材料供應(yīng)，施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益等因素，錨定式擋土墻和柱板式擋土墻在內(nèi)河擋土墻中，發(fā)揮這主導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曉龍；松土擋土墻軟基處理施工技術(shù)[J]；科技傳播；2010年21期

[2]楊惠林；黃土地區(qū)路基邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)研究[D]；長安大學(xué)；2006年

[3]許長新；港航經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)理論與數(shù)據(jù)模型研究[D]；河海大學(xué)；2001年

[4]高峰；復(fù)雜形狀大埋深擋土墻有限元素分析[J]；山西建筑；2010年6期

[5]魏濤；張?zhí)m軍；徐宗永；瀾滄江流域云南段交通建設(shè)環(huán)境保護(hù)[A]；中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會2009年學(xué)術(shù)會論文集（第三卷）[C]；2009年