水利工程擋土墻設計的缺陷及解決措施

摘 要：文章根據水利工程擋土墻設計中常見問題及存在的缺陷，分析研究了擋土墻設計形式及穩定性，以及在施工過程中采取的措施。

關鍵詞：水利工程；擋土墻設計；缺陷措施

1 水利工程擋土墻的型式

1.1 重力式擋土墻

重力式擋土墻多采用混凝土和漿砌石建造，用自身的重量平衡外力保證其穩定性。根據墻背傾角的不同，可選擇仰斜、豎直和俯斜三種類型。由于結構簡單、便于施工、取材方便，得到廣泛應用，但當墻高較高時斷面較大，材料用量較多，成本較高且地基承載力受到限制，故一般高度在6米以下較為經濟。

1.2 衡重式擋土墻

衡重式擋土墻多采用混凝土或漿砌石建造。主要是靠墻身自重和衡重臺上填土重來保證穩定性。由于衡重臺以下墻背為仰斜，其土壓力值也大為減少，其斷面一般比重力式小。因此其應用高度較重力式大。

1.3 懸臂式和扶壁式擋土墻

懸臂式與扶壁式擋土墻均屬鋼筋混凝土輕型結構，是鋼筋混凝土擋土墻中常用的兩種形式，依靠底板上的填土重量保證其穩定性。扶壁式擋土墻特點是構造簡單、施工方便，墻身斷面較小，自身質量輕，可以較好的發揮材料的強度性能。懸臂式擋土墻由立墻和底板構成，能適應承載力較低的地基。

2 工程實例

某市處于三江交匯處，為了抵御洪水的侵襲，通過對河段的調查與復核，建造水利樞紐。工程選擇地理位置較適宜，四周環水的某段河道河床處建設水電站。將河道隔開分為南北兩條，市內老城商業區在南河岸，市政中心在北河岸。經過勘察與設計，把廠房設置在南岸，河床上設置28孔溢流閘壩，裝置四臺機組單機容量13MW，用土堤封堵北河岸河床，上游可以形成十幾公頃的水面便于航運，設置船閘在北河左岸，閘壩上可以作為交通橋，方便兩岸的車輛行駛。南北河床與岸坡高差在15.5～20.5m之間，連接船閘、廠房、閘壩和岸坡。為滿足排洪、泄洪、防洪要求，須在閘壩以上45m處建造防洪墻，設計約21m高的擋土墻將壩體與岸坡連接，南河右岸的壩區由于地質條件復雜，擋土墻的高度較大。

2.1 根據地質勘探資料選擇擋土墻

地質勘探資料顯示南河右岸的壩區最底層屬于強風化泥灰巖及泥巖，易失水和干裂，與水接觸易軟化，上層的人工填土厚度約2～3m，夾雜在上層與底層之間的沖積層粘土厚度約為16.4～17m。由于該處擋土墻的高度較高，土壓力較大，設計方案比選：重力式、扶壁式和空腹衡重式擋土墻。根據三種方案擋土墻的形式，最終確定較優的結構形式。

2.2 設計方案的選擇

通過分析三種擋土墻的抗滑穩定性計算，擋土墻高度的平方與水平被動壓力存在正比的關系。計算三種設計方案抗滑穩定，基礎應力、安全系數、工程量以及造價如表1所示。

表1 三種設計方案的參數對比表（按照45m長度計算）

3 選擇較優的結構形式

3.1 漿砌石重力式擋土墻

漿砌石重力式擋土墻如圖1所示，制約漿砌石重力式擋土墻的因素是擋土墻高度。由于地質勘探資料顯示沖積層為粘土，雨天粘土含水量增加時，粘聚力急劇降低，這將導致土壓力和水壓力增大，擋土墻會出現傾覆或基底滑移破壞。

3.2 扶壁式擋土墻

扶壁式的擋土墻能夠承受較大的壓力，墻高超過10m時，能夠增加抗滑和抗傾覆能力，適應重要的大型土建工程。如圖2所示，面板頂部的厚度為1m，逐漸向下加厚，到底部為2m，使底部寬度為18m，為了有效的增加面板的剛度，每間隔4m設置1塊腹肋板，厚度為0.8m，能夠承受更大的應力，頂部的寬度增加至2.8m，腹肋板到底板之間支撐面板。從經濟利益考慮不是工程最佳選擇。

3.3 衡重式擋土墻

本方案采用空腹衡重式擋土墻結構，見圖3所示，全部采用混凝土澆筑，墻呈空腹狀態，空腹可以開孔充水或用渣土填充，目的是增加擋土墻的重量。背板作卸荷平臺，根據墻高的0.25倍設計寬度，約5m左右，底板厚度與迎水面板的上部厚度均1.2m，迎水面板的下部厚度與背板平臺上部厚度均1.5m，背板平臺下部厚度為3m。腹內每隔4m設置0.8m厚腹板，增加擋土墻剛度，迎水面設置D=80mm的進水孔，平衡滲透壓力，邊坡開挖時，按照平均坡度1：1.5開挖。根據表1分析可知，扶壁式擋土墻造價較高，約是其它兩種形式的2倍。空腹重式擋土墻較漿砌石重力式擋土墻工程量少，卸荷平臺伸出5m，沒有增加土方開挖，但墻體的總重及基礎應力增加。由此可見，在本工程中采用空腹衡重式擋土墻設計方案較合適。

圖3 空腹衡重式擋土墻

4 結束語

水利工程擋土墻在設計和施工過程中，需要保證穩定性，充分發揮其在水利工程中的作用。要注意結合施工需求，合理設計，做好擋土墻的結構穩定性計算，從而選擇適應的擋土墻結構型式，有利于工程的安全性，也有利于工程施工、節約工程造價。

參考文獻

[1]諶洪燁.論水利工程擋土墻的設計[J].河南水利與南水北調，2013（16）：44-45.

[2]姚寶呈.談水利工程中擋土墻的設計應用[J].四川水泥，2014，7：244-245.

[3]胡建躍.剖析水利工程中的擋土墻設計的常遇問題[J].新材料新裝飾，2014（8）：425-426.