水工擋土墻設計重點分析

劉麗娜

(齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，黑龍江齊齊哈爾161006)

1 擋土墻設計一般按以下步驟進行

1.1 設計資料的收集

工程等級及設計標準、建成、正常運用、設計、校核及施工期墻前墻后各種水位，地形資料提供1:500～1:1000的地形圖和縱橫剖面圖，地質及水文地質資料，回填土物理力學指標等。

1.2 根據總體建筑物要求進行平面和立面布置

1.3 選擇合適擋土墻的結構型式

根據擋土墻的運用、布置、墻高、就地取材料及施工等條件，通過經濟技術比較選擇擋土墻的結構型式[1]。

1.4 選擇典型部位設計斷面

根據水工擋土墻不同部位其墻高、水位等條件的不同，而擋土墻設計通常在翼墻全長范圍內選擇幾個有代表性斷面進行設計。

1.5 初擬斷面尺寸

為進行擋土墻設計首先應根據建筑物總體要求、水位、填土及地基強度指標等條件參考已有工程經驗初擬斷面輪廓尺寸及各部分結構尺寸。

1.6 建后計算

根據建完后，分別進行各種外荷載計算，計算各種荷載組合情況下的水平力、垂直力及各力對前趾產生的力矩。

1.7 擋土墻的穩定驗算

根據對各種設計情況分別進行抗滑、抗傾穩定和地基應力驗算，確定穩定安全系數，地基應力等滿足設計要求。如不滿足要求，重新進行穩定驗算，到滿足要求為止。

1.8 截面強度驗算

選擇最不利的設計和荷載組合情況對各部分截面強度進行驗算。對混凝土，砌體圬工結構擋土墻選擇一、二截面進行強度驗算，當不滿足要求時應改變初擬尺寸重新進行穩定和強度驗算。對鋼筋混凝土擋土墻對各部結構內力計算。并選擇控制截面進行應力驗算和配筋計算同時還進行裂縫寬度驗算，如初擬尺寸不滿足要求，應改變局部結構尺寸，直到滿足要求為止[2]。

1.9 細部構造設計

細部構造設計包括合理設置溫度和沉陷縫、止水、排水和反濾等設計。

2 水工擋土墻在浸水作用條件下運用的影響情況分析

考慮到水工擋土墻必須有浸水情況，因此水對擋土墻的作用力以及水工擋土墻在有水條件下運用的影響情況分析[3]。根據建模分析及水工試驗表明，水工擋土墻在浸水后，將會受到以下幾種因素的影響:

1)主動土壓力減少。

2)砂性土的內摩擦角在浸水情況下保持不變，受水的影響不大;但是黏性土在浸水后，其黏性指標值將會降低，造成主動土壓力增加。

3)水工擋土墻在浸水部分，墻的背面和墻的迎水面將受到靜水壓力作用，當擋土墻前后水位一致的情況下兩者互相平衡，靜水壓力的作用相互抵消;如果兩者之間出現水位落差時，擋土墻自身將會受到靜水壓力的作用，而擋土墻的基礎底面將受到揚壓力的作用。

4)如果擋土墻的外面水位發生驟降，或因降雨，雨水直接下滲到墻背后回填料內出現滲透水流時，回填料還會受到滲透水流動水壓力作用。

以上4種情況，除了按照非水工環境條件下的擋土墻進行土力學分析計算以外，還要考慮4種情況同時出現或者部分出現時，對擋土墻安全系數確認，取得最優值參數。

3 水工擋土墻設計演算

3.1 在浸水條件作用下的擋土墻荷載及組合情況分析

作用水工擋土墻上的荷載可分為2種:基本荷載和特殊荷載?；窘M合由基本荷載組成;而特殊組合由基本荷載和1種或幾種特殊荷載組成。在正常蓄水位情況下組合計算，有墻自重、靜水壓力、揚壓力、土壓力、浪壓力。按設計洪水位情況下組合計算:自重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力、泥砂壓力。

特殊荷載主要包括校核洪水位時的靜水壓力和揚壓力，和校核水位時的動水壓力。如果發生地震，還要包括地震荷載。每種荷載組合對應一種計算工程情況。需要具體情況具體分析。

3.2 水工擋土墻在浸水條件下的計算工程情況

對于進水渠道和水位控制段的擋土墻，考慮計算工程情況相應的荷載為基本荷載組合，包含:①完建工況;②正常蓄水位情況;③設計洪水位情況。特殊荷載組合包含:①施工情況;②檢修情況;③排水失效情況;④地震情況。如果水庫水位或者下游水位發生驟降時，可以根據具體情況考慮是否需要核算進水導流渠、擋土墻和消力池擋土墻的穩定性。

4 水工擋土墻的結構設計

4.1 水工擋土墻的墻身結構

水工擋土墻在浸水條件下的重力式擋土墻一般多采用混凝土和漿砌石建造，在石料可就地取材的情況下采用漿砌石擋土墻比混凝土擋土墻要經濟，但是沒有混凝土墻耐久。重力式擋土墻從其墻背傾斜方向可分俯斜、直立和仰斜3種情況。俯斜式墻背坡為1∶0.4 ～ 1∶0.7，直立式墻背斜坡為1∶0.4 ～1∶0.7，仰斜墻背斜坡為1∶0.2 ～ 1∶0.4。墻頂寬度一般≥0.4～0.6 cm。

根據總體設計技術要求，設計者靈活運用即可以將3種形式重新組合轉變1種新的連接形式而已。在結構設計中還要設置伸縮縫。沿著擋土墻縱軸線每15m左右設置一道。伸縮縫可采用瀝青模板填縫。

4.2 水工擋土墻的排水設置

水工擋土墻排水設置比較簡單，通常情況下有兩種型式組成。

1)在地面挖一個梯形斷面排水溝，斷面尺寸據排量大小而定，攔截地表水和雨水下滲的措施，根據具體情況也可做頂面的護面和護坡使地表徑流水從背坡流下。

2)墻體自身排水，一般在設計時根據水文地質資料提供地下水位的變化，在墻身的適當高度處布置一排或數排泄水孔，但墻背后一定要設置一定寬度、厚度、級配良好的返濾料。泄水孔的尺寸根據泄水量確定，直徑可分為Φ 5 cm，Φ 10 cm，Φ 15 cm等水流從擋土墻背面流向擋土墻迎水面排出?？籽坶g距一般為1～1.5 m，在不同的水平層排水孔呈梅花形布置。

5 結語

在水利水電工程的水工擋土墻設計過程中，特別需要重視浸水對擋土墻結構設計的影響，重視墻身構造和墻后排水設計措施，采用多種建模方式進行校核驗算，才能避免事故發生，保證項目安全可靠運行。

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

[2]王海旭，付子剛，金旭曄.淺談水工擋土墻設計應注意的問題[J].企業導報，2011(09):275－276.

[3]管楓年，等.水工擋土墻設計[M].北京:中國水利水電出版社，1996:27－34.