水工擋土墻設(shè)計中的關(guān)鍵問題分析

王 敏

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽550001)

水工擋土墻設(shè)計中的關(guān)鍵問題分析

王 敏

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽550001)

擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩(wěn)的構(gòu)造物。現(xiàn)階段，擋土墻被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中的各個方面，如水利建設(shè)、水電建設(shè)、公路建設(shè)等工程建設(shè)中。隨著我國水利水電工程建設(shè)進入到大發(fā)展階段，水工擋土墻作為水工建設(shè)的攔土構(gòu)造物得到了極為廣泛的應(yīng)用。因此，現(xiàn)階段對水工建設(shè)中最基礎(chǔ)的部分——擋土墻設(shè)計顯得越來越重要。進行擋土墻的設(shè)計時要注意參考擋土墻所在地的實際情況，設(shè)計出合情且符合要求的最優(yōu)擋土墻。文章對水工擋土墻進行簡單分類，并對水工擋土墻設(shè)計中的一系列關(guān)鍵因素進行分析。

水工建筑物;擋土墻;設(shè)計要點;工程建設(shè)

1 水工擋土墻分類

1.1 重力式擋土墻

重力式擋土墻由于形式簡單，取材容易，施工方便等特點，被經(jīng)常用于水工擋土墻設(shè)計中。它主要是以墻體的自身重力來維持擋土墻在理的作用下的平衡和穩(wěn)定。這種擋墻分為傾斜式、仰斜式等多個類型，而不同的類型承受的土壓力也不盡相同［1］。詳見圖1。

圖1 不同類型重力式擋墻受力圖

1.2 懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻

懸臂式擋土墻通常由鋼筋混凝土墻板組成，靠自重與地板上土重抵抗土壓力，斷面常常呈現(xiàn)倒T型或L型的擋墻。扶壁式擋土墻斷面與懸臂式一樣，呈現(xiàn)倒T型或L型，墻背面縱向按一定間距設(shè)置支垛的構(gòu)筑物。

2 水工擋土墻設(shè)計要素分析

2.1 水工擋土墻的設(shè)計演算

2.1.1 浸水條件下的荷載及組合情況分析

在浸水條件下對水工擋土墻產(chǎn)生的荷載情況比較復(fù)雜。而不同的荷載又要對應(yīng)不同的計算工況。所以，為了防止擋土墻在使用過程中受到不明荷載的影響，前期的設(shè)計過程中，就要充分考慮到各種荷載情況以及荷載組合情況。通常而言，對水工擋土墻產(chǎn)生作用的荷載包括基本荷載以及特殊荷載。基本荷載一般含有土壓力、墻頂有效荷載、墻身自重、填土自重等。特殊荷載則含有校核洪水位時的靜水壓力及揚壓力、相應(yīng)于校核洪水時的動水壓力。而且，倘若所在地會受地震的作用，另外要考慮地震荷載。至于組合情況，由基本荷載構(gòu)成的組合稱為基本組合，基本荷載與一種或者幾種特殊荷載的構(gòu)成的組合則是特殊組合［2］。

2.1.2 浸水條件下的計算工況

浸水條件下計算工況時，應(yīng)該將擋土墻分為進水渠、水位控制段以及水位控制段以下進行分別分析。對于前者需要考慮到完建情況、正常蓄水位情況、設(shè)計洪水位情況、施工情況、檢修情況、校核洪水情況、地震情況。而對于后者，要考慮的則有完建情況、泄設(shè)計洪水、正常蓄水位、泄校核洪水、檢修情況、排水失效、地震情況。不過，這兩個部分所考慮的雖然不相同，但都是有基本荷載，也有特殊荷載。進行計算時，需要事先分清，進而依據(jù)實際情況進行計算［3］。

2.1.3 浸水條件下的荷載計算

在水工擋土墻的設(shè)計時，還要計算浸水條件下荷載。通常情況下，關(guān)于自重荷載以及水壓力荷載，應(yīng)該運用常規(guī)方法計算。另外，有時還要針對不同的結(jié)構(gòu)采用不同的方法，例如重力式擋土墻就可以使用庫倫土壓力理論計算。但是如果這種擋土墻使用凸形折線和衡重式時計算就會比較復(fù)雜。此時，需要將上墻土壓力和下墻土壓力進行區(qū)分計算。

2.2 水工擋土墻的構(gòu)造設(shè)計要點

2.2.1 墻身構(gòu)造

首先依據(jù)現(xiàn)實情況確定采用何種的擋土墻結(jié)構(gòu)，接著進行該種擋土墻墻身的設(shè)計。這種設(shè)計需要按照相關(guān)的規(guī)范設(shè)計出不同結(jié)構(gòu)擋土墻的墻身。另外，通常情況下，水工擋土墻的墻面設(shè)計為直線形，而且坡度與墻背面相協(xié)調(diào)，可能會平行或者稍緩于墻背。關(guān)于墻頂?shù)膶挾韧ǔ！?.5 m。同時，就算墻身構(gòu)造符合相關(guān)的規(guī)范且適應(yīng)現(xiàn)實條件，但還要對擋土墻的運作進行后續(xù)考慮。

2.2.2 水工擋土墻的排水措施

對于排水系統(tǒng)的設(shè)置主要包括地面排水以及墻身排水2方面。地面的排水系統(tǒng)設(shè)計時，一般是進行地面排水溝、截引地表水、防止雨水和地面水下滲等措施。在有需要的情況下，還要設(shè)置鋪砌層。墻身排水系統(tǒng)的設(shè)置主要是排出墻后積水。這一系統(tǒng)設(shè)計中主要是在泄水孔的設(shè)計上，在墻身的合適位置上設(shè)置泄水孔。此外，在墻身后還需要采用透水性材料。對于泄水孔的設(shè)置，必須依照實際情況中泄水量選擇適宜的孔眼，并按照5%的坡度安設(shè)。對于排水孔眼的設(shè)置，通常選擇上下排梅花狀，水平及豎向間距1.5～3.0 m，而且底排泄水孔出水口高出地面的距離要≥200 mm。在安設(shè)時，還要再泄水管周邊鋪砂漿，再砌毛石，防治泄水管受壓破損。

2.3 水工擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要注意的問題

2.3.1 對復(fù)雜工況進行考慮

對于水工擋土墻的設(shè)計要依據(jù)實際情況進行。因為，水工擋土墻面對的環(huán)境非常復(fù)雜。而且其通常是處于浸水條件下的，變化無常的水位因素使得對水工擋土墻進行設(shè)計時要充分考慮復(fù)雜的計算工況。

圖2 泄水孔設(shè)計圖

2.3.2 荷載計算時注意水對填土的影響

前文提到可以通過相關(guān)公式對水工擋土墻進行荷載計算。但是在浸水條件下，這種計算所得的結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確。因為水工擋土墻及背后的填土浸水后，有水產(chǎn)生的浮力回改變土壓力，使之降低。另外，還會導(dǎo)致?lián)跬翂Φ目箟簭姸冉档汀５牵P(guān)于水對填土的影響還要根據(jù)情況而定。在有些浸水擋土墻的荷載計算時，可以不考慮水的影響。例如溢洪道水工擋土墻。因為這一地點的擋土墻通常使用砂礫料進行回填。這種狀態(tài)下，墻后填土Φ值不變。所以，可以忽視水對填土的影響。但倘若擋土墻墻后的填土是原土層并且是黏土?xí)r，就要考慮這方面影響，荷載計算也變得復(fù)雜。進行設(shè)計時，應(yīng)該由專業(yè)人士選擇適宜的方法進行簡便的計算。

3 結(jié)語

鑒于水工擋土墻對水利水電工程的重要作用，對水利擋土墻的設(shè)計要素分析和研究就極為重要。在實際設(shè)計過程中，要對影響擋土墻工作的各方面因素進行演算，對擋土墻的各部分構(gòu)造進行設(shè)計。同時還要抓住相關(guān)注意事項。這樣才能做好擋土墻的設(shè)計工作，確保擋土墻在投產(chǎn)后能夠安全運行，保障水利水電工程的安全性。

［1］鄭寬新.淺析擋土墻設(shè)計要點［J］.中國水運，2010，10(04):129-130.

［2］王海旭，付子剛，金旭曄.淺談水工擋土墻設(shè)計應(yīng)注意的問題［J］.企業(yè)導(dǎo)報，2011(09):275-276.

［3］肖化文，江義蘭，易思勇.浸水擋土墻設(shè)計［J］.水利科技與經(jīng)濟，2004，10(05):276-279.

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1007-7596(2014)05-0090-02

2013-11-01

王敏(1982-)，女，貴州甕安人，工程師。